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Mesures hectométriques par interférométrie à longueur donde synthétique Journées Télémétrie Laser 20 & 21 octobre 2011 Observatoire de la Côte dazur, Nice.2011.

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1 Mesures hectométriques par interférométrie à longueur donde synthétique Journées Télémétrie Laser 20 & 21 octobre 2011 Observatoire de la Côte dazur, Nice.2011 Sheherazade Azouigui, Thomas Badr, Patrick Juncar, Marc Himbert, Jean-Pierre Wallerand LCM LNE-CNAM (Laboratoire Commun de Métrologie LNE-CNAM)

2 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 2 1Cadre de ce travail 2Principe de linterférométrie à longueur donde synthétique et montage 3Comparaison en extérieur au FGI (Nummela, Finland) (v1 version) 4Validation en intérieur au VSL (Delft, Netherlands) (v2 version) 5Comparaison en extérieur au BEV (Innsbruck, Austria) (v2 version) 6Conclusions et suite OUTLINE

3 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 3 FRAMEWORK OF THE WORK EMRP-JRP « Long distance » Aim: improve state of the art in distance measurement in air Effective air index measurement Optical phase shift measurement Spectroscopy Dispersion Distance measurement Synthetic wavelength Beat frequency Pulse pulse interferometry L / L EURAMET /K RH 4%

4 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 4 2 M1M1 S M2M2 1 D Two-wavelength interferometry

5 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 5 THE SETUP OPTICAL SETUP LASER HEAD MEASUREMENT HEAD (20 GHz) Signaux à f 1 & f 2 : 2 interféromètres hétérodynes Après élévation au carré: signal à f 1 -f 2 Interféromètre superhétérodyne

6 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 6 f 3 = MHz SYSTEME DACQUISITION

7 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 7 LE TELEMETRE

8 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 8 OUTDOOR COMPARISON AT NUMMELA BASELINE 6 benchmark bolts in underground concrete pillars at 0, 24, 72, 216, 432 and 864 m (± 0.08 mm) Nummela Standard Baseline – September 2010

9 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 9 RESOLUTION OF THE SYSTEM D ~ 50 m SW ~ 7.5 mm ~ 5 s ~ 2 s ~ 0.7 s Fringe interpolation ~ 2 T=1 s ~ 2 T=60 s

10 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 10 INDOOR COMPARISON 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 m VSL – April 2011

11 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 11 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

12 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 12 OUTDOOR COMPARISON AT BEV BASELINE BEV BASELINE – MAY 2011 Pillar 3 – Pillar 1 :D= ±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

13 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 13 CONCLUSION Distancemeter with micrometer resolution Accuracy better than 10 µm (could be improved by considering electronic crosstalk) Outdoor with quiet environment, demonstration of measurements over 864 m Reproducibility of 20 µm demonstrated over 120 m Difficult to use with « very » perturbated atmosphere Still limited by temperature measurement for long distances (target uncertainty not reach) Possibility to include dispersion temperature measurements with YAG lasers (PTB already demonstrated over 100 m) Transportable distance measurement system based on superheterodyne interferometry 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, (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

14 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 14 Mise en place dun système de mesure de déphasage du battement entre les deux lasers verts: EN COURS Tête laser 10 GHz 10 GHz+50 kHz LO RF 10 GHz 50 kHz Idem pour PD ref 50 kHz DAQ meas ref PC Premier résultat résolution 0.02° sur ~500 ms. (~1µm pour 10 GHz)

15 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 15 Compensation partielle de lindice de lair: Mesure de température par mesure de distance L à 2 longueurs donde (532 nm et 1064 nm) Ln 1 = L 01 Ln 2 = L 02 Pour de lair sec, on montre que : L = L 01 A(L 02 L 01 ) (A fonction uniquement de 01 et 02 ) Pour de lair humide, on a une relation plus complexe qui suppose une mesure de lhumidité (et du taux de CO 2 ) Déjà démontré jusquà 100 m par longueur donde 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) (5pp) A FAIRE RAPIDEMENT

16 Journées Télémétrie Laser, 20 & 21 octobre 2011, Observatoire de Nice 16 This research was in part funded by the European Communitys Seventh Framework Programme ERA-NET Plus, under grant agreement The research was performed within the EURAMET joint research project Absolute Long-distance Measurement in Air.


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