浅析环境因素对激光干涉仪测量精度的影响（上）

中图仪器

影响激光干涉仪测量精度的环境因素主要指：
1、当前测量环境下的空气温度、湿度、大气压力，影响在空气中传播的激光波长。
2、被测工件温度，影响被测对象的热膨胀量。本文不做分析，将在下篇细述。

-------------------- 关于激光干涉仪 --------------------

激光干涉仪有单频激光干涉仪和双频激光干涉仪，二者都是采用外差干涉原理，而区别在于计算公式，如下所示：
单频激光干涉仪，线性测量的计算公式：L＝Nλ／2，其中L为位移，N为干涉条纹数目，λ为激光波长。
双频激光干涉仪，线性测量的计算公式：

其中L为位移，t为时间，△f为由于运动而引起的频移，λ为激光波长。

------------------ 激光波长影响分析 ------------------

结合激光干涉仪两个线性测量的公式同时进行分析：
1、  单频激光干涉仪，若移动半个激光波长，光电探测器将采集到明暗变化1次，干涉条纹数目则N＋1，该项几乎不会引入误差。而双频激光干涉仪，△f在时间上积分的结果相当于N，同样也几乎不会引入误差。
2、  两个公式都含有激光波长λ，而λ的精度直接取决于波长的稳定度，通常要高于线性测量精度指标一个量级，即≤0.05ppm。所以在标准空气参数的环境条件下，理论上L的线性测量精度也应该为0.05ppm，然而通过Edlen公式可以获知激光波长λ会受到环境因素的影响，参见表1，所以实际应用中L的线性测量精度标为0.5ppm不无道理。

表1  激光波长稳定度和环境因素对波长的影响

综上，对环境因素进行综合考量，最坏的情况下将会给线性测量精度引入0.48ppm的误差。
所以，暂且可以得出下面的结论：
1、 激光干涉仪线性测量精度主要取决于激光波长稳定度和环境因素；
2、 单频激光干涉仪和双频激光干涉仪在线性测量精度上并无本质区别；
3、 若不考虑被测对象因素的影响，激光干涉仪在线性测量过程中，误差主要来源是由环境因素导致的。

------------------ EC20环境补偿单元 ------------------

　　
中图仪器SJ6000激光干涉仪配备的EC20环境补偿单元，由环境补偿主机（内置湿度传感器和气压传感器）、空气温度传感器和3个材料温度传感器组成，可实现对空气温度、湿度、大气压力和材料温度的实时高精度检测。

EC20环境补偿单元在出厂前，会依照相关计量标准对各环境参量进行精确校准，通常情况下建议24个月校准一次。

在使用EC20环境补偿单元过程中，在不影响测量光路和被测物体运动的前提下，建议将环境补偿主机和空气温度探头就近于测量光路中间处放置。至于材料温度探头该如何布置或应用，则需分不同的测量场合与不同的被测对象，小编将会作为激光干涉仪的测量关键点进行细述，欲知详情，关注“中图仪器”微信公众号，且听下回分解 。

王大鹏

“综上，对环境因素进行综合考量，最坏的情况下将会给线性测量精度引入0.48ppm的误差。”
个人认为，应该为0.53ppm。

补充内容 (2018-4-18 08:49):
“综上，对环境因素进行综合考量，最坏的情况下将会给线性测量精度引入0.48ppm的误差。”
这句话是对的。环境因素不包括激光波长的稳定度。