大尺寸空間中的長(zhǎng)度測(cè)量是現(xiàn)代先進(jìn)制造工業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著飛機(jī)、船舶、風(fēng)力葉片等大型裝備制造過(guò)程向著精密數(shù)字化方向發(fā)展，對(duì)外型尺寸要求也越加嚴(yán)格，在加工和裝配過(guò)程中不僅要求長(zhǎng)度測(cè)量的精度在幾十米到上百米的范圍內(nèi)達(dá)到微米量級(jí)，還需要測(cè)量效率高、靈活性好、能適應(yīng)惡劣的測(cè)量條件?；诩す獾木嚯x測(cè)量方法一直以來(lái)都是研究熱點(diǎn)，但以光學(xué)干涉法和相位法為代表的傳統(tǒng)方法越來(lái)越難以滿足工業(yè)測(cè)量中的要求。光學(xué)干涉法的測(cè)量精度能夠達(dá)到納米量級(jí)，但這種方法屬于增量測(cè)量，在測(cè)量時(shí)需要目標(biāo)不間斷地連續(xù)移動(dòng)，靈活性受到限制，難以直接應(yīng)用在大尺寸測(cè)量。相位法是一種絕對(duì)距離測(cè)量方法，測(cè)量精度能夠達(dá)到微米量級(jí)。這種方法的最大非模糊距離會(huì)隨著測(cè)量分辨力的提高而下降，同時(shí)測(cè)量精度會(huì)受到調(diào)制頻率、回波信號(hào)的變形以及串?dāng)_引起的非線性誤差的限制。近年來(lái)隨著光學(xué)頻率梳技術(shù)的發(fā)展，激光測(cè)距的精度得到了顯著提高，測(cè)量方法也更加豐富。

   借助光學(xué)頻率梳，在１００ｍ處的距離測(cè)量精度優(yōu)于１０μｍ。然而光學(xué)頻率梳現(xiàn)階段對(duì)工作環(huán)境的苛刻要求使其難以應(yīng)用在環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。基于光電振蕩器的距離測(cè)量方法將待測(cè)距離轉(zhuǎn)化為振蕩頻率進(jìn)行測(cè)量，該方法借助光電振蕩器超長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔和高頻率、高品質(zhì)的微波信號(hào)，有潛力實(shí)現(xiàn)在大尺寸范圍微米量級(jí)的絕對(duì)距離測(cè)量。在測(cè)量距離時(shí)光信號(hào)從光學(xué)諧振腔中出射到空間光路，由待測(cè)目標(biāo)反射后再次耦合回諧振腔內(nèi)。光電振蕩器的振蕩頻率與其環(huán)路延時(shí)密切相關(guān)，通過(guò)測(cè)量振蕩頻率變化計(jì)算出光信號(hào)在空間光路中的傳播時(shí)間，從而得到待測(cè)距離。光纖構(gòu)成的光學(xué)諧振腔是光電振蕩器的核心組成部分之一，其長(zhǎng)度直接決定了環(huán)路延時(shí)。環(huán)路延時(shí)首先影響微波信號(hào)的譜純度，決定著頻率測(cè)量所能達(dá)到的精度。其次，環(huán)路延時(shí)與振蕩頻率變化呈反比例關(guān)系，延時(shí)變化所引起的振蕩頻率變化與光纖的延時(shí)有關(guān)，因此光纖長(zhǎng)度還是距離測(cè)量靈敏度的決定因素之一。此外，環(huán)境擾動(dòng)帶來(lái)的誤差大小也與光纖長(zhǎng)度有關(guān)。本文從光電振蕩器的相關(guān)理論出發(fā)，通過(guò)分析光纖長(zhǎng)度在距離測(cè)量中的影響，得到測(cè)量靈敏度的估算公式和譜純度的變化趨勢(shì)，并使用長(zhǎng)度不同的光纖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證分析結(jié)果。綜合分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)振蕩頻率分辨力為1hz時(shí)，為了使距離測(cè)量的靈敏度、振蕩信號(hào)的譜純度、測(cè)量范圍和環(huán)境誤差影響達(dá)到最優(yōu)，光電振蕩器的光纖長(zhǎng)度應(yīng)為1km左右。光纖長(zhǎng)度在距離測(cè)量中的影響光電振蕩器測(cè)距原理，光電振蕩器（oeo）以激光作為光源，出射的光經(jīng)過(guò)電光強(qiáng)度調(diào)制器和延時(shí)光纖后，由光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這些電信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和放大后作為調(diào)制器的輸入信號(hào)，形成一個(gè)完整的反饋回路。具有增益的反饋環(huán)路同時(shí)還具有選頻的作用，電路中本身的噪聲通過(guò)多次循環(huán)放大后就能建立起穩(wěn)定的振蕩。光電振蕩器的輸出為譜純度高的微波信號(hào)，其振蕩頻率只受到電學(xué)器件的響應(yīng)速度影響，振蕩頻率能夠達(dá)到幾十吉赫茲?；诠怆娬?/span>蕩器的距離測(cè)量結(jié)構(gòu)。利用一對(duì)光纖準(zhǔn)直器，使光學(xué)諧振腔中的光信號(hào)出射到自由空間中，經(jīng)過(guò)反射后并再次耦合回光纖，從而在光電振蕩器的反饋環(huán)路中插入一段空間光路，輸出的高譜純度高頻率的微波信號(hào)由頻譜儀分析和測(cè)量。

  本文研究了光電振蕩器應(yīng)用于距離測(cè)量時(shí)，其光纖長(zhǎng)度對(duì)距離測(cè)量產(chǎn)生的影響。通過(guò)分析光電振蕩器的工作原理及測(cè)量距離方法，得到了光纖長(zhǎng)度對(duì)測(cè)量靈敏度和譜純度的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分析結(jié)果。綜合分析結(jié)果，當(dāng)頻率分辨力為1hz時(shí)，光纖長(zhǎng)度在1km 左右時(shí)能夠保證振蕩信號(hào)的譜純度、測(cè)量靈敏度和量程能夠滿足工業(yè)測(cè)量需要，同時(shí)由環(huán)境變化引入的噪聲最小。實(shí)際上，譜純度、頻率測(cè)量分辨力和測(cè)量靈敏度之間是相互關(guān)聯(lián)的。在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，如果頻率測(cè)量分辨力小于1hz，需要根據(jù)情況進(jìn)一步提高譜純度，同時(shí)降低測(cè)量靈敏度以擴(kuò)大測(cè)量范圍。