隨著航空航天思早、重型機械、發(fā)電設(shè)備梅砰、船舶工業(yè)的發(fā)展层阎，對大尺寸測量的要求越來越高。一些精密配合的大型零部件坪逃，尺寸達到十幾米甚至幾十米，精度要求達到IT7以上冤兄。如何測量這些零部件長期以來一直是困擾計量工作者的技術(shù)難題咬钝。目前實際應(yīng)用的測量手段仍以外徑千分尺、內(nèi)徑測桿等傳統(tǒng)測量工具為主沮汇，遠遠不能滿足需求哈堵。清華大學(xué)曾研制出一套很好的對準方法，與激光干涉儀相結(jié)合嬉咐，用于測量大尺寸可達到很高的精度比荡，但該方法必須使用高精度導(dǎo)向?qū)к墸拗屏嗽谏a(chǎn)绕睹、安裝現(xiàn)場的使用嘱巾。因此，開發(fā)高精度诫钓、無導(dǎo)軌大尺寸測量技術(shù)旬昭，一直是長度計量領(lǐng)域的一個重要課題。

　　激光技術(shù)的快速發(fā)展為大尺寸精密測量開拓了嶄新的領(lǐng)域菌湃。近二十年來问拘，出現(xiàn)了多種無導(dǎo)軌大尺寸測量方法，其中惧所，受到廣泛關(guān)注的無導(dǎo)軌激光干涉儀是近年來發(fā)展很快的一種先進測量方法骤坐。

　　小數(shù)重合法是無導(dǎo)軌激光干涉儀的基礎(chǔ)。它是一種測量和數(shù)據(jù)處理方法下愈，常用于量塊檢定中纽绍。通俗地說，這種測量方法就像用不同長度的幾把“尺子”去量同一個物體驰唬，只要得到各次測量值的尾數(shù)顶岸，即可導(dǎo)出物體的實際長度，它并不關(guān)心測量的實際過程叫编。

　　激光干涉儀是以波長為基本計量單位的拿酱，多波長激光器的發(fā)展，是實現(xiàn)不同長度“尺子”的基礎(chǔ)。激光器可以穩(wěn)定地輸出多種波長的激光企恢，利用光學(xué)拍波技術(shù)呆埃，可以將這些單波長合成為一組波長相近、間隔均勻的“合成波長鏈”弓聋∈悠“合成波長鏈”是一個塔形結(jié)構(gòu)，塔頂是最高一級合成波纷炼，其波長最長赢凫，塔底則是單波長。測量時桂葛，干涉儀以不同波長的激光工作样矢，從最高級（最長波）開始，逐級下降秀裂，直至單波長那岁。激光干涉儀的測量結(jié)果是在各種波長干涉下的一組剩余相位，以此可推導(dǎo)出總測量長度魔种，由于每次的測量值都是剩余相位析二，與測量過程無關(guān)，因此不需要導(dǎo)向?qū)к墶?

　　選擇合適的“合成波長鏈”是無導(dǎo)軌激光干涉儀的關(guān)鍵节预。長波干涉保證了測量值的唯一性叶摄，而測量精度則取決于短波干涉。為了簡化測量過程安拟，還有一種只使用一個合成波的方法准谚，如采用幾百毫米的合成波，借助于普通測量工具（如卷尺）測出大致的合成波周期數(shù)去扣，剩余相位由干涉儀測出柱衔，這種方法只需一次測量即可完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也非常簡練愉棱，但由于所使用的波長較長唆铐，在測量精度上必然有所損失。

　　各國學(xué)者對無導(dǎo)軌激光干涉儀技術(shù)進行了大量研究奔滑，研制開發(fā)了各種激光干涉儀艾岂，歸納如下：

　　（1）CO2激光干涉儀

　　CO2激光器是一種非常適合無導(dǎo)軌激光測量的光源迈壤，它在10.6μm波段具有豐富的譜線以赤，相鄰譜線的波長差分布也比較均勻，構(gòu)成的“合成波長鏈”的波長可從10.6μm到25m趟雄，因此劣饺，CO2激光干涉儀一直是無導(dǎo)軌激光干涉儀的研究重點印姑。從1979年開始，由直流干涉系統(tǒng)到各種形式的光外差系統(tǒng)契片，CO2激光干涉儀歷經(jīng)多次改進狮贪，其中一種典型方案是上世紀九十年代澳大利亞研制的外差干涉儀，它通過激光器的腔長控制汛欺，順序輸出6種波長尾杆，用聲光調(diào)制器的零級衍射作為本振光，構(gòu)成外差系統(tǒng)琉语，測量精度可達4×10-8狗丙。

　　（2）Ne-Xe激光干涉儀

　　Ne-Xe激光器可以輸出3.53μm和3.37μm兩個波長密哈，合成波長為84.2μm扼褪。從“合成波長鏈”的角度考慮，波長過短難以保證測量結(jié)果的唯一性粱栖，為此，系統(tǒng)加入了He-Ne激光器的3.39μm譜線脏毯，將“合成波長鏈”延伸到464μm闹究。Ne-Xe激光干涉儀的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，測量精度可達1.8×10-7食店。

　≡佟（3）He-Ne激光干涉儀

　　中國計量科學(xué)研究院研制的縱向塞曼He-Ne激光干涉儀，與成都工具研究所開發(fā)的雙頻激光干涉儀不同吉嫩，其穩(wěn)頻點選在兩條激光增益曲線之間价认，產(chǎn)生一對頻差為1080MHz的左、右旋偏振光（這兩個偏振光不在同一增益曲線上）自娩，合成波長為278mm用踩。利用光柵測量干涉的剩余相位。系統(tǒng)測量長度可達100m忙迁，測量精度為±（40+1.5×10-6）脐彩。

　　He-Ne激光器在3.39μm處譜線豐富，但其中3.3922μm譜線的自發(fā)輻射系數(shù)比其它譜線大很多吠败，抑制了其它譜線的發(fā)射发刨。清華大學(xué)利用甲烷在3.3922μm附近的一條吸收譜線，抑制了He-Ne激光這條譜線的強度镇轿，成功研制出了3.39μm波段雙波長激光干涉儀太队，其“合成波長鏈”從3.39μm到1m，單波穩(wěn)定性為1×10-8斟彻。

　×【痢（4）變波長激光干涉儀

　　變波長激光干涉儀采用兩個激光器光稽，利用諧振腔長與輸出頻率的關(guān)系，構(gòu)成“無級”的波長系列砍没，在理想的環(huán)境下懒竖，13m長度范圍的測量精度為70μm。

　∨杆尽（5）線性調(diào)頻半導(dǎo)體激光干涉儀

　　近年來舅洋，半導(dǎo)體激光器線性調(diào)頻技術(shù)的發(fā)展，為無導(dǎo)軌激光干涉儀提供了一個理想的光源培愁，成為無導(dǎo)軌激光干涉技術(shù)研究的熱點著摔。1995年，德國采用了外腔可調(diào)諧式半導(dǎo)體激光器定续，其外腔由全息光柵組成谍咆，通過改變光柵的角度進行頻率選擇，相干長度可達100m私股，40m長度范圍的分辨率可達40μm摹察。

　　無導(dǎo)軌激光干涉儀技術(shù)的發(fā)展僅有二十多年的歷史，由于它在大尺寸測量中具有無可替代的重要性倡鲸，因此各國學(xué)者傾注了大量精力進行研究開發(fā)供嚎，目前這項技術(shù)逐步走向?qū)嵱没A段。隨著科技的發(fā)展峭状，相信在不久的將來克滴，無導(dǎo)軌激光干涉儀技術(shù)必將成為大尺寸測量領(lǐng)域中的一朵艷麗的奇葩。

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