激光準(zhǔn)直技術(shù)分類

按檢測原理激光準(zhǔn)直技術(shù)大致可分為三個(gè)類型。（一）振幅（光強(qiáng)）測量型利用激光本身的方向性，以激光光強(qiáng)分布中心作為準(zhǔn)直基線，是這類準(zhǔn)直方法的最初型式。當(dāng)用位敏光電器件或CCD作為探測器時(shí)-可同時(shí)實(shí)現(xiàn)二維測量，這是振幅測量型激光準(zhǔn)直儀的優(yōu)點(diǎn)。然而如前面所述，由于激光漂移、光線彎曲、大氣擾動(dòng)以及光束橫截面內(nèi)光強(qiáng)分布的不對稱性的影響，直接利用激光本身作準(zhǔn)直基線，穩(wěn)定性最好也只能達(dá)到105量級(jí)。為提高準(zhǔn)直精度，必須有效地克服上述影響，于是出現(xiàn)了多種設(shè)計(jì)方案，如菲涅爾波帶法、零級(jí)條紋干涉法、零級(jí)衍射同心圓法、不對稱位相板法］、海定格非定位干涉條紋法］、對稱雙光束法、單模光纖法等。這些方法在克服激光漂移及光強(qiáng)不對稱分布的影響方面起到了好的效果-然而對大氣擾動(dòng)的影響仍無法解決1、 Fresnel波帶片法激光束通過Fresnel波帶片形成十字形的能量分布。以十字線的中心作為準(zhǔn)直基線，來克服光強(qiáng)分布不對稱的影響，但因?yàn)椴◣写_定的焦距，不可能在很長距離上都得到清晰的十字像。2、 位相板法采用二維非對稱位相板，它的四個(gè)象限上每兩個(gè)相鄰的象限具有二相位差，所形成的直邊衍射圖是亮背景上的一個(gè)暗十字。這種方法很適合于對中控制，但由于衍射的作用，測量范圍不可能太大。3、 雙光束準(zhǔn)直法兩光束是由一個(gè)空間棱鏡分出的。當(dāng)激光器的出射光束漂移時(shí)，經(jīng)過棱鏡之后的兩光束漂移方向相反。采用兩光束的平分線作為準(zhǔn)直基線可以克服激光器的漂移影響，但該系統(tǒng)對雙光束的平行性要求較高，在長距離范圍內(nèi)不易實(shí)現(xiàn)。4、 反饋控制法利用閉環(huán)反饋技術(shù)，實(shí)時(shí)修正各種因素而致的漂移誤差，來提高準(zhǔn)線精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度的激光準(zhǔn)直測量。反饋控制法準(zhǔn)直系統(tǒng)在出現(xiàn)光束漂移時(shí)，反饋系統(tǒng)的接收裝置（控制用探測器）接收到該信號(hào)。并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，此信號(hào)再經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大，作用于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（壓電陶瓷），來對激光束的方向進(jìn)行二維調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對光束漂移量的實(shí)時(shí)修正，提高準(zhǔn)線的精度。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試表明:準(zhǔn)直距離為5m，相對精度為1x10-7。5、單模光纖準(zhǔn)直法采用單模光纖激光準(zhǔn)直主要是將激光器本身的漂移抑制到最少的程度。實(shí)際上，激光器發(fā)出的光經(jīng)過單模光纖后，其單模光纖的出射端點(diǎn)相當(dāng)于二次光源，理論上，激光光束的穩(wěn)性只取決于光纖出射點(diǎn)在空間的穩(wěn)定性，激光器與光纖入射端點(diǎn)的相對位置的變化只影響它們之間的耦合效率。（二）相位測量型這類準(zhǔn)直裝置大多屬于激光準(zhǔn)直干涉儀，其工作原理是讓直線度誤差引起干涉信號(hào)的相位變化而被檢測出來相位測量型大部設(shè)計(jì)成千涉儀兩臂（測量光束與參考光束）在傳播方向上呈對稱分布。因此，其準(zhǔn)直基線不是激光束本身，而是測量光束與參考光束的對稱軸。這在克服激光漂移的影響方面有較好的效果當(dāng)兩束光靠得很近時(shí)，對大氣擾動(dòng)的影響也能有所減輕屬于相位測量型的準(zhǔn)直方案有：雙頻激光干涉法、直線光柵測量法、激光準(zhǔn)直干涉法等。目前雙頻激光干涉儀在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。1、莫爾條紋激光準(zhǔn)直無衍射光是一種光束截面形狀不隨光傳播距離變化的特殊光束，可以作空間直線測量的基準(zhǔn)。由于無衍射光對激光束的準(zhǔn)直性要求小，可以采取措施大大減小激光器本身的漂移。其基本原理是:激光器、空間濾波器、擴(kuò)束鏡和錐鏡形成無衍射光，利用無衍射光所形成的、不隨傳播距變化的貝塞耳函數(shù)光環(huán)作直線基準(zhǔn)Z軸。該光圓環(huán)光柵相迭，產(chǎn)生的莫爾條紋被CCD采集后存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)。被測物移動(dòng)過程中相對貝塞耳函數(shù)中心線的偏移將會(huì)改變莫爾條紋，計(jì)算機(jī)根據(jù)莫爾條紋中心的二維偏移量就可以直接測量出貝塞耳函數(shù)光束中心與圓環(huán)光柵中心的距離。從而可以用五維驅(qū)動(dòng)裝置跟蹤貝塞耳函數(shù)光環(huán)中心來補(bǔ)償二維偏移量。該激光準(zhǔn)直系統(tǒng)的定向精度是0.12rm/5m。2、雙頻激光干涉法激光束被Wollaston棱鏡對稱分開，射向兩面角反射鏡并按原路返回于Wollaston棱鏡上重新會(huì)合被探測器接收。這種方法精度高、穩(wěn)定性好，目前應(yīng)用最廣。但是其測量傳感元件不允許在光路中移進(jìn)移出，記數(shù)必須連續(xù)，且只能采用不同的附件分段測量直線度。接收器2圖1-1所示的清華大學(xué)研究開發(fā)的自適應(yīng)雙頻激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，參考信號(hào)和測量信號(hào)在50米內(nèi)兩光束幾乎是重合的，對大氣擾動(dòng)具有相當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)能力。由于在測量上的改進(jìn)，可在數(shù)十米的長度上無死區(qū)的連續(xù)測量直線度，在準(zhǔn)直距離為llm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為6m，并且測量敏感元件可以從光路中移進(jìn)移出，能用于同軸度的測量（三）偏振測量型偏振測量型的代表是激光旋光準(zhǔn)直儀，它以往返光束的對稱中心作為準(zhǔn)直基線，讓直線誤差變成激光編振方向的變化（旋光）而設(shè)檢測來。它的構(gòu)思是獨(dú)特的-測量靈敏度也很高，往返光束的對稱分布對克服激光平漂是有效果的。當(dāng)往返光束靠得很近