【摘 要】
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高精度绝对距离测量技术是保证现代化工业现场实现高精度制造装配的重要手段之一。基于可调谐激光器的扫频干涉（Frequency scanning interferometry,FSI）测距技术是一种非接触式、高精度、测量范围大、抗干扰能力强、无模糊距离、可用于非合作目标的绝对距离测量技术。本文提出了一种基于激光自混合干涉（Self-mixing interferometry,SMI）测振和光电锁相的F
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高精度绝对距离测量技术是保证现代化工业现场实现高精度制造装配的重要手段之一。基于可调谐激光器的扫频干涉（Frequency scanning interferometry,FSI）测距技术是一种非接触式、高精度、测量范围大、抗干扰能力强、无模糊距离、可用于非合作目标的绝对距离测量技术。本文提出了一种基于激光自混合干涉（Self-mixing interferometry,SMI）测振和光电锁相的FSI绝对测距方法,设计了光电锁相环电路校正激光器的扫频非线性,基于SMI调频振动重构算法补偿目标振动引入的测距误差。论文的主要工作如下:（1）设计了光电锁相环以校正激光器扫频非线性。研究了激光扫频干涉绝对距离测量原理,分析了激光器的扫频非线性与目标振动所导致的测距误差。研究了光电锁相环模型,分析了环路锁定条件,根据环路传输特性需求,设计环路滤波器参数,在保证锁相准确度的同时快速锁相,实现对激光器扫频非线性的校正。（2）提出了基于SMI调频特性的振动重构算法以及针对振动引入测距误差的补偿方法。该SMI调频振动重构算法在中度光反馈条件下无需估算光反馈水平,简化了解算模型,保证测振精度的同时,提高振动测量的解算速度。利用提取到的振动信息,对非线性校正后的测距信号相位进行补偿,消除目标振动引入的测距误差,仿真验证了补偿方法的有效性。（3）设计并搭建了基于SMI测振和光电锁相的FSI绝对测距装置。采用光电锁相环校正激光器扫频非线性,扫频非线性度从5.86%下降至0.14%,在0.4m到4.8m的范围内,测距标准差由毫米量级降低至92μm。采用SMI调频振动测量方法,在1.6μm到8.3μm的测量范围内,振幅测量标准差低于15nm。提取振动信息,补偿非线性校正后的测距信号相位,测距标准差由几毫米降至几十微米。
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