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Mesures hectométriques par interférométrie à longueur d’onde synthétique

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Mesures hectométriques par interférométrie à longueur d’onde synthétique. Journées Télémétrie Laser 20 & 21 octobre 2011 Observatoire de la Côte d’azur, Nice. 2011. Sheherazade Azouigui, Thomas Badr, Patrick Juncar, Marc Himbert, Jean-Pierre Wallerand

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Presentation Transcript
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Mesureshectométriques par interférométrie à longueurd’ondesynthétique

Journées Télémétrie Laser

20 & 21 octobre 2011

Observatoire de la Côte d’azur, Nice.2011

Sheherazade Azouigui, Thomas Badr, Patrick Juncar, Marc Himbert,Jean-Pierre Wallerand

LCM LNE-CNAM (Laboratoire Commun de Métrologie LNE-CNAM)

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OUTLINE

  • Cadre de ce travail
  • Principe de l’interférométrie à longueur d’onde synthétique et montage
  • Comparaison en extérieur au FGI (Nummela, Finland) (v1 version)
  • Validation en intérieur au VSL (Delft, Netherlands) (v2 version)
  • Comparaison en extérieur au BEV (Innsbruck, Austria) (v2 version)
  • Conclusions et suite
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FRAMEWORK OF THE WORK

EURAMET

EMRP-JRP « Long distance »

Aim: improve state of the art in distance measurement in air

L / L  10-7

10-6/K

RH 4%

Synthetic wavelength

Beat frequency

Pulse pulse interferometry

Spectroscopy

Effective air index measurement

Optical phase shift measurement

Dispersion

Distance measurement

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THE SETUP

OPTICAL SETUP

Signaux à f1 & f2 : 2 interféromètres hétérodynes

Après élévation au carré: signal à f1-f2 Interféromètre superhétérodyne

LASER HEAD

MEASUREMENT HEAD

(20 GHz)

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OUTDOOR COMPARISON AT NUMMELA BASELINE

Nummela Standard Baseline – September 2010

6 benchmark bolts in underground concrete pillars

at 0, 24, 72, 216, 432 and 864 m (± 0.08 mm)

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RESOLUTION OF THE SYSTEM

~ 5 µm @T=1 s

D ~ 50 m

SW ~ 7.5 mm

~ 2 µm @T=10 s

~ 0.7 µm @T=60 s

Fringe interpolation ~ 2p/1000 @ T=1 s

~ 2p/5000 @ T=60 s

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INDOOR COMPARISON

VSL – April 2011

  • Displacement bench of 50 m but only 25 m available
  • Using a classical optical system (fringe counting) as the reference system

Spindler & Hoyer, He-Ne laser-based interferometer

Agreement ~5-10 mm

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OUTDOOR COMPARISON AT BEV BASELINE

BEV BASELINE – MAY 2011

  • Difficult location close to the motorway
  • Very busy traffic
  • Very sunny days

 Measurements only possible during 3 evenings

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OUTDOOR COMPARISON AT BEV BASELINE

BEV BASELINE – MAY 2011

  • Pillar 3 – Pillar 1 : D=120.03612 ±0.21mm (FGI – Sept. 2008)
  • Reproducibility without touching the tribrack and level: ~20µm
  • Reproducibility with only moving the holder on the tribrack : ~25 µm
  • Reproducibility with moving the tribrack, centring and levelling adjustment: ~180 µm
  • No possibility to state the accuracy at better than 210 µm
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CONCLUSION

  • Distancemeter with micrometer resolution
  • Accuracybetterthan 10 µm (couldbeimproved by consideringelectroniccrosstalk)
  • Outdoorwith quiet environment, demonstration of measurements over 864 m
  • Reproducibility of 20 µm demonstrated over 120 m
  • Difficult to use with « very » perturbatedatmosphere
  • Stilllimited by temperaturemeasurement for long distances (targetuncertainty not reach)
  • Possibility to include dispersion temperaturemeasurementswith YAG lasers (PTB alreadydemonstrated over 100 m)

“Transportable distance measurement system based on superheterodyneinterferometry using two phase-locked frequency-doubled Nd:YAG lasers”, S. Azouigui,T. Badr, J.-P. Wallerand, M. Himbert, J. Salgado and P. Juncar REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 81, 053112 (2010)

“Transportable Distance Measurement System for Long-Range Applications”, Shéhérazade Azouigui, Thomas Badr, Jean-Pierre Wallerand, Marc Himbert, José-Antonio Salgado, Jean-Paul Senelaer, Frédéric Kwasnik, and Patrick Juncar IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL. 60, NO. 7, JULY 2011

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EN COURS

  • Mise en place d’un système de mesure de déphasage du battement entre les deux lasers verts:

10 GHz

Tête laser

10 GHz

10 GHz

RF

meas

LO

10 GHz+50 kHz

50 kHz

PC

DAQ

ref

50 kHz

Idem pour PDref

Premier résultat résolution 0.02° sur ~500 ms.(~1µm pour 10 GHz)

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A FAIRE RAPIDEMENT

Compensation partielle de l’indice de l’air:

Mesure de température par mesure de distance L à 2 longueurs d’onde (532 nm et 1064 nm)

Ln1 = L01Ln2 = L02

Pour de l’air sec, on montre que: L = L01 − A(L02 − L01) (A fonction uniquement de l01 et l02)

Pour de l’air humide, on a une relation plus complexe qui suppose une mesure de l’humidité (et du taux de CO2)

  • Déjà démontré jusqu’à 100 m par longueur d’onde synthétique (PTB, Allemagne)

“Refractive index determination in length measurement by two-colour interferometry”, Karl Meiners-Hagen and Ahmed Abou-Zeid, Meas. Sci. Technol. 19 (2008) 084004 (5pp)

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Merci de votre attention

This research was in part funded by the European Community’s Seventh Framework Programme ERA-NET Plus, under grant agreement 217257. The research was performed within the EURAMET joint research project ‘Absolute Long-distance Measurement in Air’.