【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及扫频干涉测距非线性误差校正等，具体为一种基于f-p标准具的扫频干涉测距非线性校正方法。
技术介绍
1、20世纪50年代，扫频干涉测量技术首次在射频领域发展，用以完成自由空间距离测量。近年来，该技术被应用在光学测量领域。因扫频干涉测距技术具有无导轨、非接触、测量精度高、可适用于非合作目标且不受2π模糊范围限制等特点在计量及制造业等领域被广泛应用。
2、扫频干涉测距利用激光器发出的扫频光与目标反射回的测量光形成的固定频率差来确定待测距离信息，高线性的宽带扫频光带来高精度的测量结果。但由于实际工作中，激光器很难实现严格的线性扫频，进而导致测量频谱展宽，降低测量的准确度和精度。
3、现有方法包括基于锁相环的主动校正和基于等光频间隔重采样的被动校正。被动校正常采用的是利用辅助干涉仪信号的过零点或峰谷值实现对测量信号的重采样，消除非线性误差。但该方法为满足奈奎斯特采样定律限制了测量范围，其次还需经常校准辅助光路光程差确保测量结果的高精度。
技术实现思路
1、针对上述研究的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于f-p标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，解决现有技术中需要时常标定辅助光路光程差及奈奎斯特采样定律限制测量范围的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种基于f-p标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，包括以下步骤：
4、步骤1：搭建扫频干涉测距非线性校正测量系统；
5、所述的扫频干涉
6、所述测量干涉仪包括：90:10光纤分束器、光环形器、50:50的2*2光纤分束器、第一平衡光电探测器bpd1；
7、所述辅助光路包括：f-p标准具、50:50的1*2光纤分束器、第二平衡光电探测器bpd2；
8、扫频激光器发出的光经由光衰减器调谐光功率后，进入80:20的光纤分束器，80％的扫频光进入测量干涉仪，由90:10的光纤分束器分流为测量光和参考光，其中分流出的90％的测量光经由光环形器、准直器后出射，经被测目标反射后原路返回后，与10％的参考光经由50:50的2*2光纤分束器汇合后，在第一平衡光电探测器bpd1的探测平面上形成测量干涉信号，测量干涉信号输出至数据采集模块；
9、20％的光进入f-p标准具，经由50:50的1*2光纤后，其透射谱信息由平衡光电探测器bpd2获得；
10、数据采集模块用于接收测量干涉仪输出的测量干涉信号和f-p标准具透射谱信息并以波形显示，以及数据采集及存储；
11、步骤2：读取单个扫频周期的测量干涉仪信号i、f-p标准具透射谱信息fp以及对应的时间序列{t}；
12、步骤3：通过对f-p标准具的透射谱信息fp进行峰值检测，获得相邻谐振峰的时间间隔序列{ti}；相邻两峰值等频率间隔，其间隔为自由光谱范围fsr，固定且已知；设置第一个透射谱峰值点对应的频率大小为v1＝0，第i个峰值点对应频率为vi，则vi＝(i-1)fsr，绘制ti-vi时间-频率映射图，fsr为f-p标准具的自由光谱范围；
13、步骤4：对于ti-vi时间-频率映射图的频率信号进行样条插值处理，获得更多的等频率间隔采样点，得到其对应的时间序列{tn}；根据时间序列{tn}，对测量干涉信号i采用样条插值处理，重构出等频率间隔的测量干涉信号in；对重构后的测量干涉信号采用hilbert变换，获得其相位信息，并将相位解包裹处理，利用多项式拟合算法获得相位信息的一阶斜率，进而求解待测距离。
14、本专利技术提供的进一步的优选技术方案是：
15、所述的步骤2中，等时间间隔的测量干涉信号可以表示为：
16、i(t)＝i0 cos[2π(fbt+f0τ)]
17、其中i0表示光强，fb表示测量路与参考路产生的拍频信号，f0表示初始扫描频率，τ表示为测量光路与参考光路的时间延迟。
18、所述的拍频信号fb表示为：
19、fb＝k(t)τ
20、其中时间延迟τ相关于测量光路与参考光路的光程差d，表示为
21、
22、c表示真空中的光速；
23、k(t)表示激光器的频率调谐速率，其受激光器频率扫描范围δv与扫描时间δt的影响，表示为
24、
25、受到调谐非线性因素的影响，k(t)为时间函数而非常数。
26、所述的测量干涉信号的相位信息可表示为：
27、
28、实际测量中，扫频非线性会使得拍信号的时域曲线不再是单一的正弦信号，因此导致频谱分析时提取峰值频率不准确。然而非线性并不影响拍信号时域图像的连贯性，因此从相位角度分析测量精度更高。
29、本专利技术提供的进一步的优选技术方案是：
30、所述的步骤4中，所述的等频率间隔重采样后的测量干涉信号可以表示为：
31、
32、其中，i表示重采样点序列；
33、进而待测距离可表示为：
34、
35、其中n表示群折射率，表示重采样的测量干涉信号的相位。由上述公式可见，待测距离不受时间函数k(t)的影响，本方法成功消除了非线性误差。
36、所述步骤4中采用样条插值的方法获得更多等频率间隔的重采样点，方便后续数据处理。
37、本专利技术的有益效果是：
38、本专利技术同现有技术相比，其有益效果表现在：本专利技术采用f-p标准具进行等光频间隔采样，达到消除非线性误差的目的，提高测量精度；无需时常校准辅助干涉仪的光程差，测量范围不受奈奎斯特采样定律限制。
39、本专利技术的方法中待测距离与频率信息直接建立联系，而与时间信号无关，故而不受时间函数频率调谐速率的非线性影响，达到校正非线性误差的目的。
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1.一种基于F-P标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于F-P标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，所述的步骤2中，等时间间隔的测量干涉信号可以表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于F-P标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，所述的拍频信号fb表示为：
4.根据权利要求3所述的一种基于F-P标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，所述的测量干涉信号的相位信息可表示为：
5.根据权利要求1所述的一种基于F-P标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，所述的步骤4中，所述的等频率间隔重采样后的测量干涉信号可以表示为：
6.根据权利要求5所述的一种基于F-P标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，所述步骤4中采用样条插值的方法获得更多等频率间隔的重采样点，方便后续数据处理。
【技术特征摘要】
1.一种基于f-p标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于f-p标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，所述的步骤2中，等时间间隔的测量干涉信号可以表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于f-p标准具的扫频干涉测距非线性校正方法，其特征在于，所述的拍频信号fb表示为：
4.根据权利要求3所述的一种基于f-p标准具的扫...
【专利技术属性】
技术研发人员：于连栋，杜艳明，陆洋，贾华坤，高荣科，陈孝喆，金浩，王飞飞，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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