用于水下声光通信的外差式激光多普勒振动计

基于外差激光多普勒原理,设计并实现了一套光纤结构的外差式激光多普勒振动计(LDV).在消声水池,对该系统的探测灵敏度、上行声光通信速率以及水面波浪的影响进行了测试实验.实验结果表明,系统最小探测声压达105.6 dBμPa;在平静水面,无误码情况下,声光通信速率可达5 kbits;在有小波浪的水面,导致部分探测信号丢失,采用扩频调制通信方式,无误码情况下,声光通信速率可达30 bit/s.     

利用激光多普勒外差原理对振动物体测量及分析

为了测量低频振动物体频率和振幅,采用激光多普勒测量和外差相干检测方法,建立一个利用激光外差干涉技术测量多普勒效应的实验,进行了理论分析和实验验证,取得了频率标准偏差数据。结果表明,系统检测物体振动频率,并对振源频率500Hz进行测量并且验证有效性,测量标准偏差小于5.610-8;系统信号探测强度和物体振幅呈线性关系,证明随压电陶瓷电压降低探测振幅强度减小。这一结果对了解振动目标特性是有帮助的。     

激光外差振动谱提取分析的车辆标识技术

结合机械振动原理方程分析计算了不同结构参数下的3自由度的1/4汽车结构的振动响应理论曲线及振动频谱图;运用激光外差技术测量原理设计搭建了汽车振动信息实验测量方案;针对外形近似、发动机输出信息相同的情况,采用视频成像法对存在识别盲点的两车进行了振动信息采集实验。通过分析采集到的振动信号的时域、频谱曲线,成功地找到了甲乙两车频谱的标志特征点,很好地对两车进行了标志与区分,弥补了视频成像车型识别法的盲点,为基于激光检测汽车振动信号的车辆识别技术提供了理论和实验基础依据。     

小波消噪在外差式激光多普勒振动测量中的应用

基于小波变换对外差式激光多普勒振动测量系统(HLDV)输出信号进行了噪声抑制性能研究。从外差式激光多普勒测振系统的测量原理出发,结合系统回波信号的特点,考虑测振系统中白噪声的影响,分析并改进了模极大值法和系数相关法两种小波消噪处理算法,并基于以往的阈值去噪算法,提出了新的阈值函数,重点分析了多尺度细化分析对还原原始信号特征及改善信号信噪比(SNR)的影响。结果表明,针对微振动目标运动特征提取,改进后的三种方法在振动信号的特征提取及噪声消除方面具备优异性能。     

双光束激光多普勒转速测量系统的实验验证

激光多普勒测速技术具有非接触、无磨损、精度高等优点,被广泛应用于工业、航海、航天等领域的高精度速度、加速度、长度测量。双光束激光多普勒测速技术作为其中的一个分支,具有结构简单、抗干扰强的特点。为提升双光束激光多普勒测速技术的测量精度,搭建一种测量圆周转动线速度的轴对称型双光束激光多普勒系统,采用高速响应的探测器观测差频信号。当目标的线速度为1 596.6 mm/s时,激光多普勒差频信号理论值是0.975 MHz,测量角度为0°,实验观测到的差频信号是1.013 MHz,与理论值相比误差约为3.8%;进而变换观测器的不同角度位置,测量得到的多普勒频移和0°的频移误差在0.8%以内。结果表明,该测量系统能够测量到运动物体的多普勒频移信号,同时更改双光束激光多普勒测速的观测器角度,不影响测量结果。该实验系统为后续进一步进行激光多普勒测速技术的研发打下了良好的基础。     

激光外差实验研究

利用激光外差探测原理实现综合孔径激光雷达探测越来越受到关注。通过二极管泵浦固体激光外差探测实验,实现了实验平台上接受目标反射微弱回波信号的外差探测,得到了信号光功率与本振光功率之间数量级差别的阈值范围,总结了实现激光外差探测应用于综合孔径激光雷达领域的条件。     

压电陶瓷频率响应及振动面幅值激光外差测量

压电陶瓷已广泛应用于检测、通讯等各个领域。该文采用外差式激光干涉测量法,开展了压电陶瓷振动特性研究。首先给出了激光外差干涉测振仪测试压电陶瓷振动特性的测量方法,并通过实验测得了压电陶瓷片单点振动的频率响应曲线,同时测量了径向直线上若干点的振动频响曲线,进而进行了整个压电陶瓷圆环表面在其谐振频率点的振动测量。实验结果表明,实测压电陶瓷片的谐振频率为30 710 Hz,与其产品标定值30 000 Hz存在710 Hz偏差。其圆环表面振动的振型具有不对称性,这对压电陶瓷的应用设计提供了指导意义。     

多光束激光外差测量磁致伸缩系数的方法

提出了一种多光束激光外差测量磁致伸缩系数的方法。基于激光外差技术和多普勒效应,把待测参数信息加载到外差信号的频率差中,通过对外差信号作快速傅里叶变换(FFT)解调后可以同时得到多个待测参数值,对待测参数加权平均处理最终可以提高待测参数的测量精度。利用Matlab仿真模拟了不同电流条件下待测样品的磁致伸缩系数,结果表明相对误差仅为0.48%。     

基于激光多普勒效应的轴系振动综合测量

为了实现轴系的实时综合振动测量,提出了一种基于激光多普勒效应的能同时测量轴系弯曲振动与扭转振动的方法.设计了能分离轴系瞬时转速与其截面弯曲振动的多普勒外差干涉光路;针对弯扭振动特性搭建了相应地测试平台,并对贴在轴系上不同反光膜对多普勒频移影响进行了测试与对比,分析了微棱镜与玻璃微珠回归反射特性对轴系空间振动的影响;最后,在轴系表面采用回归反射强度特性显著的玻璃微珠反光膜,以削弱动态反射表面对多普勒效应的影响.针对数控立式铣床的切削转轴进行了相应的测量,结合设定的转速进行对比分析,结果表明:该原理可实现对轴系瞬时转速的波动与弯曲振动实时精确测量,其线速度的测量偏差小于±0.5 mm/s,可满足高速旋转状态下的轴系振动综合测量.     

外差探测激光多普勒雷达系统性能研究

外差探测激光多普勒雷达由于具有测速精度高和可辨别速度方向等优点而广泛应用于测风、流体测速以及着陆导航等方面。对外差激光多普勒雷达的测速原理、误差来源和系统噪声进行了分析,并给出了系统的信噪比和探测精度的仿真结果。搭建了全光纤外差探测激光多普勒系统。用研制的高精度运动目标模拟器开展了相关测速实验。实验结果表明,速度测量精度优于6.7 cm/s,而且与速度大小基本无关,这与仿真分析结果相一致。     

减小声光频谱仪频率测量方差算法研究

声光器件衍射光峰值偏转位置与输入信号频率成正比是声光频谱仪测频的基本原理,但实际中衍射的非线形效应会引起衍射光峰值偏转误差较大。为减小频率测量方差,需对衍射光强数据做相应处理。对CCD背景噪声的数字特征分析,以背景噪声数学平均值为阈值做去噪处理。根据最小二乘法原理,对衍射光强数据做一次高斯函数拟合,拟合数据与光强数据相关系数为0.997 6。在现有测试光学平台下,根据衍射光强峰值位置估计的频率测量方差为542.5 kHz2,利用拟合高斯函数中心值估计的频率测量方差为31.8 kHz2。为减小声光频谱仪频率测量方差提供了理论支持。     

Laser-beam attenuation measurement using acousto-optic modulator

A laser-beam attenuation-measurement method using the first-order diffraction from an acousto-optic modulator is newly developed. The attenuation is determined from the voltage of the 30 MHz driving signal of the modulator. A value of attenuation of more than 50 dB can be measured at 633 nm.     

2×2全光纤声光开关的实验研究

对基于光纤零耦合器的声光开关进行了实验研究,制作了零耦合器,并在此基础上设计和实现了工作波长为1550nm、损耗为0.2dB、耦合效率为98%、驱动功率为13.8mW的光纤声光开关.结果表明,此类器件可在光纤通信及光纤传感中得到应用.     

全光纤声光调制径向跳动差分测量技术研究

为了实现机床在加工状态下主轴径向跳动非接触、高精度的测量，采用光外差法光路的激光多普勒差分检测方法，进行了理论分析和实验验证。直接耦合和透镜耦合的全光纤光路的应用，降低了布喇格衍射光路的调节难度，提高了测量分辨率和抗干扰能力，减小了噪声；光纤分光器实现了同一轴线上的差分测量，抑制了因测量光路本身的振动带来的干扰。得到了相对误差为0.0838%的主轴径向跳动测量结果，实现了纳米级跳动误差测量。结果表明，系统的相对误差和测量不确定度均小于0.1%。该研究对主轴径向跳动的实时测量有一定的指导意义。     

面发射半导体激光器自混合振动测量实验研究

采用新型垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为激光自混合振动测量系统的激光光源,针对不同驱动信号频率(1 kHz,2 kHz)、驱动信号幅度(880 mV,1.66 v)的振动驱动信号对激光自混合振动测量信号系统进行实验研究,并与通过激光稳态方程所获得的激光自混合振动信号仿真进行了比较分析.结果表明,2 kHz相对1 k...     

新型零差激光干涉仪振动测量系统

针对传统零差激光测振光路调试困难,提出一种简单的零差测振光学系统.采用二象限(或四象限)探测器作为该系统的探测器,由于两个象元处于干涉条纹的不同部分,探测器输出两路非正交多普勒信号,利用最小二乘法把两路非正交多普勒信号校正成正交信号,利用微分相除积分操作处理正交信号,最终解调出振动信号.实验表明:该振动测量系统调试简单...     

声光双稳系统中的混沌行为

在无任何附加延迟反馈的情况下,观察到声光双稳系统的不稳定性和混沌行为。实验研究表明,此类混沌特性是反馈回路中电学系统的非线性效应所致。     

声光可调谐滤波器中声波导的制作及性能测试

以LiNbO3晶体为基底,SiO2/In2O3为镀膜材料,设计并制作了用于准共线型声光可调谐滤波器(AOTF)的声波导及其叉指换能器(IDT),研究了制作工艺,实验测量了该声波导的传输性能。实验结果表明:在未加声吸收胶的声波导中,声表面波(SAW)来回反射,形成驻波,使能量叠加,影响了传输;而在加了声吸收胶的声波导中,SAW具有良好的传输特性,即射频频率在165~185MHz时,声波导传输的效率达到最高,符合AOTF滤波的中心频率范围。测试结果表明:该声波导能够满足声光滤波的要求,而且制作工艺简单、设计灵活,性能更高。     

A distributed optical fiber sensing system for synchronous vibration and loss measurement

We propose a fully distributed fusion system combining phase-sensitive optical time-domain reflectometry (Φ-OTDR) and OTDR for synchronous vibration and loss measurement by setting an ingenious frequency sweep rate (FSR) of the optical source. The relationships between FSR, probe pulse width and repeat period are given to balance the amplitude fluctuation of OTDR traces, the dead zone probability and the measurable frequency range of vibration events. In the experiment, we achieve synchronous vibration and loss measurement with FSR of 40 MHz/s, the proble pulse width of 100 ns and repeat rate of 0.4 ms. The fluctuation of OTDR trace is less than 0.45 dB when the signal-to-noise ratio (SNR) is over 12 dB for a captured vibration event located at 9.1 km. The proposed method can be used for not only detection but also early warning of damage events in optical communication networks.     

一种声光语音联动报警系统的设计

该设计采用PIC16F877A芯片设计出稳定可靠、安全加密的主机和分机声光语音报警系统,主机可以与20个分机连接通信,每个分机通过拨码开关拨码来相互区分,每个分机支持六种报警类型,主分机之间采用485通信方式,主机和每一分机之间用一对光端机进行传输报警信号,其传输距离最高可达200公里。