Page 294 - 测绘新技术的理论与实践研究

测绘新技术的理论与实践研究

射优良的空间相干性、时间相干性以及极高的亮度，常采用稳频氦氖激光为光源

构成具有干涉功能的测量系统。目前，激光干涉测距主要分为单频激光干涉仪和
双频激光干涉仪。
1. 单频激光干涉仪
从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射

镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动
时，干涉条纹的光强变化由接收器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲

信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机计算出
可动反射镜的位移量。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各
种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
用稳频的氦氖激光器作为光源，由于它的相干长度很大，干涉仪的测量范围

可以大大地扩展；而且由于它的光束发散角小，能量集中，因而它产生的干涉条
纹可以用光电接收器接收，变为电讯号，并由计数器记录下来，从而提高了测量
速度和测量精度。目前典型的单频激光干涉仪为英国 Renishaw 公司生产的系列

产品，其最高测速可以达到 1000mm/s，最高测速时的分辨率为 1.24nm，最高测
速时的测量范围为 80m。
但单频激光干涉仪在测量环境恶劣、测量距离较长时，测距精度受环境影响
很大，其原因在于它是一种直流测量系统，具有电平零漂等缺点，当反光镜移动

时，光电接收器输出信号如果超过了计数器的触发电平就会被记录下来，如果激
光束强度发生变化使光电信号低于计数器的触发电平时，使计数器就停止计数。
而恶劣测量环境（如空气湍流）等很容易使激光器强度或干涉信号强度发生变化，

导致测距误差增大甚至测量错误。
2. 双频激光干涉仪
双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪，也
是一种以波长作为标准进行精密测距的仪器，可以克服单频激光干涉仪的测距缺

点，极大地提高测距稳定性和测距精度。
双频激光干涉仪正是采用外差式干涉测量原理，使得双频激光干涉仪的测量

频率很高，可以满足高速动态测量，且不存在零点漂移等误差，其测距精度可达
到μm 量级，细分后可提高到 nm 量级，如 Renishaw 公司的 M10 型双频激光干
涉仪在 40m 范围内，线性距离测量精度可达 ±0.7μm/m。此外，双频激光干涉

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