基于可变基准量的绝对长度测量新方法

In-situ absolute length measurement at long range has important scientific research and application value. Adjustable standard length establishment method and effective detecting technique are proposed for long-range, efficient, dynamic and traceable length measurement in this research. A new absolute length measurement method is studied that is based on controlling femtosecond laser repetition frequency precisely. The breakthrough point of the research is adjustable standard length establishment by a femtosecond laser. The research includes three specific aspects: 1) the principle and method for in-situ standard length establishment based on a femtosecond laser; 2) the method and technique for establishing and controlling adjustable standard length; 3) the detecting method matching with adjustable standard length. The application, aiming to find a new length measurement method for large equipment manufacturing, has clear academic definitions and application prospects.

现场大尺度长度绝对测量具有重要的学术应用价值。课题提出：通过构造可变基准量，匹配有效比对检测技术，实现宽量程、大动态、高效率、可溯源的高性能长度测量新思路。以运用飞秒激光构建灵活可变长度基准量为切入点，研究基于飞秒激光重频精密可控、多色相干的直接比对绝对测长新方法，内容包括：1）基于飞秒激光的现场长度基准量构建原理和方法；2）高灵活性可变基准量的产生与调控的方法和技术；3）研究匹配可变基准量的高效比对方法及技术。申请课题旨在探索异于传统的长度测量新方法和面向大型制造工程的高性能长度测量新手段，具有清晰的学术定位和明确的应用前景。

项目针对航空、航天等大型精密装备制造领域对绝对长度测量宽量程、高精度、高效率、可现场溯源的迫切需求，以运用飞秒激光构建灵活可变长度基准量为切入点，系统研究了基于现场可变长基准的绝对长度测量新方法。详细分析了基于扫描重复频率的光学采样法测长基本原理及测量性能，实现了可变长度基准量的构建。基于OEO原理研究了长光纤稳定方法，可实现10-10量级相对稳定度。建立了飞秒脉冲互相关原理的一阶互相关信号和二阶互相关信号数值模型，实现了待测长度与长度基准的高效比对。分析了色散介质中飞秒脉冲传输特性，建立了色散后一阶互相关信号和二阶互相关信号模型。通过数值模型方法研究了基于互相关信号的飞秒脉冲对准技术，并针对使用条件、对准效果和抗噪声能力等实际应用指标对希尔伯特变换法和高斯曲线拟合法进行了分析比较，提出了不同应用下脉冲对准方法的选择策略。研究了以互相关信号干涉条纹作为空间基准的信号补偿方法，并分析干涉条纹间距均匀性，通过将互相关信号重构拟合，克服了机械扫描采样误差。搭建了结合OEO原理与扫描重复频率光学采样法的绝对测长系统，实现了高精度、高效率绝对测长。