This paper describes about air refractive index measurement for absolute distance measurement. As the distance measurement system has been improved by using laser interferometer, air refractive index be-came a problem. In phase measurement system for distance measurement, as phase represents optical path length which is multiple of air refractive index and absolute distance, it is necessary to decouple the refractive index and absolute distance and measure air refractive index.
Here, in this paper a new method to measure air refractive index is proposed. Empirical formulas have problems in slow sampling rate and measurement environment limitation which has to be homogeneous. The proposed system overcomes these problems. By measuring frequency, high resolution and real time measure-ment is accomplished. Also by using two wavelengths, air refractive index and absolute distance term have been decoupled.
Experiments in static case and dynamic case are introduced. To evaluate the proposed system, comparison between empirical formula and the proposed system is performed. The result in static case shows that tendency of the proposed system and empirical formula is same. However, air refractive index fluctuation level of the proposed system is roughly two times bigger than empirical formula. In dynamic case, the proposed system shows higher sensitivity and faster response than empirical formula.
To analyze the error between the proposed method and empirical formula, simulation and additional experiment have been preceded. The proposed formula and its initial values are confirmed and its refractive index error is calculated to be less than order of 10-8. It is confirmed that every environment measurement values are different in same experiment setup and it because refractive index error at least order of 10-7 which matches with current error.
본 논문에서는 절대거리 측정을 위한 대기 중 굴절률 측정에 대한 연구를 설명하였다. 거리 측정 기술에 있어 레이저가 대기를 진행함에 따라 대기의 굴절률을 경험하기 때문에, 측정되는 위상 값은 거리와 대기 굴절률이 곱해진 광경로 값을 측정하게 된다.
따라서 거리 값의 영향 없이 대기의 굴절률을 측정하는 시스템이 필요하며, 이에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 대기 굴절률 측정을 위한 새로운 시스템을 제안하였다. 기존 굴절률 측정 방법인 경험식의 경우 측정 속도가 낮으며 측정 환경이 균일해야한다는 단점이 있었다. 제안된 시스템은 주파수를 측정함으로써 높은 측정 속도 및 분해능을 가지며 실시간 측정이 가능하다. 또한 두 파장 시스템을 이용하여 거리와 굴절률을 분리하였다.
실험은 차폐되어 있는 환경과 환경 변화가 심한 환경에서 수행되었다. 제안된 시스템의 성능을 평가하기 위해 경험식과 동일 시간 측정, 비교하였다. 실험 결과에서 볼 수 있듯이 제안된 시스템과 경험식간의 경향성이 일치하는 것을 확인할 수 있다. 환경 변화가 있을 경우 경험식에 비해 더 높은 민감도와 반응 속도를 보임을 확인하였다.
제안된 시스템과 경험식 간의 측정된 굴저률 차이를 분석하기 위해 시뮬레이션 및 추가 실험을 수행하였다. 제안된 시스템과 초기 값을 검증하였으며, 이의 오차로 인해 발생하는 굴절률 변화는 10-8 보다 작은 것을 확인 하였다. 환경 변수 측정 오차로 인해 발생하는 굴절률 변화는 10-7 으로 확인되었으며 이로 인해 제안된 시스템과 경험식 간의 오차가 발생함을 확인하였다.
