Opto-ElectronicEngineering2012年12月Dec,2012：1003-501X(2012)12-0055-08零差激光干涉仪正交相位误差的分析胡红波，于梅(中国计量科学研究院，北京100013)摘要：针对零差正交激光干涉仪在直线运动测量中的误差及其影响，说明了零差激光干涉仪两路正交干涉信号中零漂、幅度误差以及相位误差等典型的非线性因素对位移测量的影响。本文采用一种简单的方法首先去除了干涉信号中的零漂与幅度误差，详细论述了正交相位误差对振动与冲击位移测量的影响，通过试验与理论分析的方式确定了相位误差引起位移测量误差的大小及误差性质。提出了对相位误差进行修正的办法，并通过装置试验验证了该方法的有效性，为整个标准装置的不确定度评估以及干涉仪的调试提供了参考。关键词：零差激光干涉仪；正交信号；相位修正；直线运动；误差分析：TH741；TH744文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1003-501X.2012.12.010AnalysisofQuadraturePhase-shiftErrorforHomodyneInterferometerHUHong-bo，YUMei(NationalInstituteofMetrology,Bei激ng100013,China)Abstract:Theinfluenceandoriginofquadraturephaseshiftonthemeasuredrectilineardisplacementmeasurementerrorwasinvestigatedusingahomodynelaserinterferometerwithaquadratureoutput.Commonnonlinearities,includingzero-shift,differentamplifiergainsandphaseshiftarethreetypicalerrorsfordisplacementmeasurements.Asimplemethodwasusedtodetermineandcorrectthezeroshiftandunequalgains,andtheinfluenceofthephase-shiftwasdescribedindetailedexperimentally,includingtheeffectivewaytocorrectphaseerror.Theeffectivenessofthemethodwasvalidatedbycomparingthedisplacementerrorbeforeandafterphaseshifterror-corrected.Moreover,themethodcanbeappliedtoassessstandardmachineandadjustinterferometer.Keywords:homodyneinterferometer;quadraturesignal;phasecorrect;rectilineardisplacement;erroranalysis0引言科学研究与工业生产对测量系统的要求越来越高，这对测量系统的量值溯源提出了更高的要求。在振动与冲击等直线运动计量领域，各个国家计量院按照相关ISO[1-2]标准的要求建立的标准装置，通过高精度的机械激励系统与激光干涉技术的应用，使得加速度物理量的复现具有很高的准确度，同时也为加速度量的国际比对提供了可靠的手段。基于正交相位输出的激光干涉仪具有纳米级的分辨率，并且在很宽的位移动态范围内具有恒定的灵敏度，故一般作为国家计量院最高级别的标准装置。中国计量科学研究院(以下简称计量院)建立的新一代振动与冲击绝对法标准装置，均采用激光干涉技术作为复现机械位移量的手段。在振动冲击等直线运动领域使用的激光干涉仪主要包括三种：第一种是普通的麦克尔逊干涉仪，当被测量的位移为2(为波长)时，此时两路光束由于光程差能产生一条干涉条纹，通过所谓的条纹计数法即可得到被测位移的大小，但受其收稿日期：2012-07-24；收到修改稿日期：2012-09-21基金项目：国家质检总局质量安全与量值传递项目(22-ALC1201)作者简介：胡红波(1980-)，男(汉族)，湖北荆州人。硕士，助理研究员，主要研究振动冲击基标准及测试技术。E-mail:huhb@nim.ac。wwgdgc.ac光电工程2012年12月56分辨率的限制，一般用于低频振动，且不能得到振动信号的相位信息；第二种是零差激光干涉仪，也称为改进的麦克尔逊干涉仪，相对于普通的麦克尔逊干涉仪，其多了一路正交的输出，将被测的位移量转化为正交信号相位的变化，不但提高了位移的分辨率，并且还能提供位移信号的相位信息；第三种是外差式激光干涉仪，其主要的特点是在干涉信号中加入载波信号，这样可以防止出现光电信号衰落的现象，并且通过软件的方式生成另一路正交信号，故具有很高测量精度，但价格较为昂贵。一般的振动冲击测量零差激光干涉仪用的较多，本文以基于正交输出的零差激光干涉仪作为研究对象，以计量院建立的绝对法标准装置为背景，分析了零差激光干涉仪在振动与冲击直线位移测量中的误差，并且重点对两路正交激光干涉信号的相位误差进行了分析，通过理论...