基于光電振蕩器的絕對(duì)距離測(cè)量方法研究.pdf

1、空間坐標(biāo)測(cè)量與定位技術(shù)是大型機(jī)械制造，尤其是數(shù)字化制造裝配的支撐技術(shù)之一，其中長度測(cè)量是大尺寸空間坐標(biāo)測(cè)量研究領(lǐng)域中的最基礎(chǔ)問題。傳統(tǒng)基于干涉、相位等原理的大尺度長度測(cè)量方法，很難同時(shí)獲得高精度、高效率和大測(cè)量范圍，難以滿足不斷發(fā)展的大型制造業(yè)對(duì)精度、質(zhì)量和效率更高的需求。
　　光電振蕩器（Optoelectronic Osillator，以下簡稱OEO）是通信領(lǐng)域是一種具有超高振蕩頻率（可達(dá)上百GHz）、超低相位噪聲（可低于-1

2、60dBm/Hz@10kHz）和超長光學(xué)諧振腔（可達(dá)上萬米）的新型高性能振蕩器。OEO的振蕩頻率和光學(xué)諧振腔腔長直接相關(guān)，將包含待測(cè)長度的空間光路耦合入其光學(xué)諧振腔，通過測(cè)量振蕩頻率即可獲得被測(cè)距離。憑借振蕩頻率對(duì)距離變化敏感的特性以及振蕩信號(hào)超高的動(dòng)態(tài)范圍，該方法具有實(shí)現(xiàn)大尺度高精度絕對(duì)距離測(cè)量的潛力。
　　本文將 OEO原理和技術(shù)引入到大尺寸長度距離測(cè)量領(lǐng)域，從理論層面和技術(shù)層面對(duì)基于OEO的絕對(duì)距離測(cè)量方法進(jìn)行了分析研究，完

3、成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要完成工作如下：
　　1、總結(jié)了現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)Υ蟪叨染荛L度測(cè)量的迫切需求。分析討論傳統(tǒng)的大尺度激光測(cè)距方法原理、方法與技術(shù)，從研究基礎(chǔ)和應(yīng)用需求兩方面闡述課題來源和研究意義。
　　2、從起振條件、振蕩頻率以及頻譜特性三個(gè)方面討論OEO基本原理，分析OEO振蕩頻率與環(huán)路群時(shí)延之間關(guān)系，闡述OEO應(yīng)用于距離測(cè)量基本原理，從測(cè)量原理、測(cè)量信號(hào)、信號(hào)處理三個(gè)角度剖析OEO測(cè)距的特點(diǎn)及原理優(yōu)勢(shì)。
　　3、在

4、OEO理論基礎(chǔ)上建立基于多種類型結(jié)構(gòu)OEO的測(cè)距模型。從復(fù)雜度、可行性、測(cè)量效率幾個(gè)方面對(duì)測(cè)距模型進(jìn)行評(píng)估，給出最優(yōu)測(cè)距的OEO類型，并分析了該模型的靜態(tài)特性。
　　4、研究了溫度變化對(duì)OEO測(cè)距的影響。根據(jù)光纖傳輸線建立溫度誤差的線性模型，通過分析頻率漂移對(duì)振蕩頻率以及縱模階數(shù)測(cè)量的影響以及引入誤差的機(jī)制和特點(diǎn)，提出了縱模階數(shù)測(cè)量誤差以及溫度誤差的補(bǔ)償技術(shù)。以溫度誤差模型為基礎(chǔ)，通過分析光纖長度對(duì)測(cè)距靜態(tài)特性的影響，給出了光纖長