基于调焦清晰度评价函数的激光频率扫描干涉仪色散相位补偿方法，本发明专利技术涉及高分辨率激光频率扫描干涉仪色散补偿方法。本发明专利技术是要解决现有方法测量分辨率低并且对测量信号的影响需要进行补偿的问题。建立高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散条件下的测量信号拍频模型；采用相位法对测量信号拍频模型的光纤色散进行补偿：(1)将测量信号乘以复相位补偿项，通过调节色散补偿系数补偿测量信号中的色散相位畸变；(2)提出调焦清晰度评价函数作为判断测量信号拍频模型的相位畸变是否得到补偿的标准；(3)采用三分法寻找最佳色散补偿系数对高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散进行补偿。本发明专利技术应用于高分辨率激光频率扫描干涉仪领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分辨率激光频率扫描干涉仪色散补偿方法。
技术介绍
激光频率扫描干涉仪在工业零件测量、飞行器表面加工、物体三维形貌建模等领 域发挥着重要作用。随着生产的发展，对更高分辨率的频率扫描干涉仪提出了要求。提高 测量分辨率的关键是增大扫频带宽，然而，随着扫频带宽的增加，用于校正测量信号拍频非 线性的辅助干涉仪光纤色散随之增大，测量信号经辅助干涉仪校正非线性后，导致目标频 谱发生展宽，降低了测量分辨率。因此，辅助干涉仪光纤色散对测量信号的影响需要进行补 偿。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有方法测量分辨率低并且对测量信号的影响需要进行补偿的 问题，而提供了。 ，其特征在于 它按以下步骤实现： ( -）建立高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散条件下的测量信号拍频模型； (二）采用相位法对测量信号拍频模型的光纤色散进行补偿： (1)将测量信号乘以复相位补偿项，通过调节色散补偿系数补偿测量信号中的色 散相位畸变，当测量信号的色散相位畸变得到补偿时，信号的频谱半高全宽将变窄； (2)提出调焦清晰度评价函数作为判断测量信号拍频模型的相位畸变是否得到补 偿的标准； (3)采用三分法寻找最佳色散补偿系数对激光频率扫描干涉仪光纤色散进行补 偿。 专利技术效果：对距离2. 44m处的高度差为200 μ m的台阶进行测量，色散补偿前目标 峰值产生伪峰，且无法分辨该高度差。采用本方案补偿后，目标峰值清晰可辨，且测得高度 差为201. 1 μ m，与实际值相比误差为L 1 μ m，实现了大尺寸高分辨率测量。【附图说明】图1是激光频率扫描干涉仪测量系统图； 图2是频率采样法校正测量信号拍频非线性过程；其中，（a)测量路拍信号，（b)辅 助干涉仪拍信号（触发信号）； 图3(a)是经校正非线性后的测量信号（采样后信号）；(b)采样后信号的Fourier 变换频谱图； 图4是考虑光纤色散情况下的辅助干涉仪拍频； 图5是考虑辅助干涉仪光纤色散情况下的频率采样法；其中（a)测量路拍信号， (b)辅助干涉仪拍信号（触发信号）； 图6是经校正非线性后的测量信号（采样后信号）；其中，（a)采样后信号时域图， (b) 采样后信号的Fourier变换频谱图； 图7是测量信号谱峰轮廓随S值的变化过程； 图8是补偿系数与S值的变化关系； 图9是三步法寻找最佳补偿系数的原理； 图10是单目标情况下，对目标峰值的补偿；其中，（a)补偿前；(b) S = 691230638 ; (c) S = 719881503 ;(d)S = 673929306 ; 图11是两个目标情况下，对目标峰值的补偿；其中，（a)补偿前；(b) S = 9.8126X1015;(c)S = 1.0279X 1016;(d)S = 1.0151X1016。【具体实施方式】【具体实施方式】 一：基于调焦清晰度评价函数的色散相位补偿方法，它按以下步骤 实现： (三）建立高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散条件下的测量信号拍频模型； (四）采用相位法对测量信号拍频模型的光纤色散进行补偿： (1)将测量信号乘以复相位补偿项，通过调节色散补偿系数补偿测量信号中的色 散相位畸变，当测量信号的色散相位畸变得到补偿时，信号的频谱半高全宽将变窄； (2)提出调焦清晰度评价函数作为判断测量信号拍频模型的相位畸变是否得到补 偿的标准；补偿的测量信号频谱半高全宽变窄的同时，调焦清晰度评价函数的值在增大，通 过比较调焦清晰度评价函数的值判断测量信号色散是否得到补偿，当调焦清晰度评价函数 的值最大时，测量信号色散被完全补偿，此时，频谱最窄，测量分辨率最高； (3)采用三分法寻找最佳色散补偿系数对高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散 进行补偿。 本实施方式的采用宽带外腔调频激光器进行测量，所构建扫频干涉仪的系统原理 图如图1所示。外腔调频激光器经光学隔离器、耦合器1后分为两路光，一路光经过环形 器、光纤端面、发射接收系统到达目标，由目标返回的光与本振光叠加在平衡探测器B上形 成外差干涉，该部分为测量干涉仪，所形成的电信号为测量拍信号。实际中，激光器无法实 现理想线性调频形式，所形成的拍信号频率不是单一频率，发生频谱展宽，将导致很大的测 量误差。为解决该问题，可采用频率采样法校正测量信号拍频非线性，光经过两臂长差不等 的光纤后在平衡探测器A上叠加进行外差干涉，该部分为辅助干涉仪，形成的信号为触发 信号，采集卡记录触发信号相位每次经过2 π的时刻，利用该时刻序列对进入采集卡的测 量拍信号进行同步采样，可校正测量信号的拍频非线性，如图2所示。图3为经频率采样法 校正非线性后的测量信号，采样后信号经Fourier变换后的频谱由展宽变为单峰。 然而，实际中为实现大尺寸高分辨率测量，通常要求辅助干涉仪光纤长度很长，此 时，光纤色散效应将随宽带光源的扫频带宽增加而增大。经频率采样法采样后，测量信号的 拍频将随扫频带宽增大产生变化，导致测距峰值发生展宽，测量分辨率下降，其模型如下。 考虑光纤色散情况下的辅助干涉仪的拍频图如图4所示。【具体实施方式】 二：本实施方式与一不同的是：步骤（一）具体为： (1)由高分辨率激光频率扫描干涉仪的辅助干涉仪形成的拍频表示为式 (6)：(6) 其中，所述表示辅助干涉仪中两光纤臂长差对应的时延，μ为调频斜率，β 2 =-20ps2/km表示单模光纤的群速度色散，u g表示群速度，t表示激光器调频时间； (2)由于测量干涉仪与辅助干涉仪的拍频与时延成正比，因此，采用频率采样法对 测量信号采样后，测量干涉仪与辅助干涉仪的时延比值变为： m 其中，所述测量干涉仪对应于被测目标形成的拍信号，辅助干涉仪为马赫泽德干 涉仪，其形成的拍信号用来校正测量干涉仪信号的非线性，所述τ表示测量干涉仪的时 延，对应于被测目标的时延；T aux(t)表示随调频时间变化的辅助干涉仪时延； (3)调谐波长选择1542nm~1562nm，等效于调频带宽yt = 2.4911ΤΗΖ，由于 2 31 μ P2ugt << 1，忽略二次以上的项后，式（7)表示如下：(S) (4)对应于 220m 光程差的时延为 τ aux= 733ns，则 I 2 π μ β 2 υ g τ aux I < 10 9,其 影响忽略，对式（8)整理后，得到高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散条件下的测量信 号拍频模型如式（9)所示：ψ) 考虑辅助干涉仪光纤色散情况下的频率采样法过程如图5所示。经过采样后的测 量信号如图6所示，可以看出信号中含有啁嗽分量，信号频谱发生了展宽。 其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】 三：本实施方式与一或二不同的是：步骤（二）（1)具 体为： (1)表示每次调节相位补偿因子后，计算S值，看其是否达到最大，当S值最大时， 即认为完成了色散补偿。但是，在此过程中通常设置固定的步长改变相位补偿因子，并每次 判断S值，直到使得S值达到最大，补偿速度比较慢。而（2)通过三分法避免了设置固定的 步长，可以通过较少的计算次数，找到S的最大值，因此，三分法提高了补偿的效率。 通过计算调焦清晰度评价函数的S值是否达到最大实现色散补偿，将采样后测量 信号乘以复相位补偿项，补偿采样本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于调焦清晰度评价函数的激光频率扫描干涉仪色散相位补偿方法，其特征在于它按以下步骤实现：(一)建立高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散条件下的测量信号拍频模型；(二)采用相位法对测量信号拍频模型的光纤色散进行补偿：(1)将测量信号乘以复相位补偿项，通过调节色散补偿系数补偿测量信号中的色散相位畸变，当测量信号的色散相位畸变得到补偿时，信号的频谱半高全宽将变窄；(2)提出调焦清晰度评价函数作为判断测量信号拍频模型的相位畸变是否得到补偿的标准；(3)采用三分法寻找最佳色散补偿系数对激光频率扫描干涉仪光纤色散进行补偿。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国栋，甘雨，刘炳国，许新科，陈凤东，庄志涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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