光子多普勒测速系统信号解调方法比较

光子多普勒测速系统具有抗干扰能力强、测速范围大等优点,适用于信噪比低、信号质量差的测量场合。介绍光子多普勒测速系统的工作原理,详细阐述常用的四种信号解调方法——条纹法、相位解调法、短时傅里叶变换法、小波变换法的原理、特点和近几年的研究现状。利用上述四种信号解调方法对简谐振动调制的多普勒信号进行解调仿真,直观地展示不同信号解调方法的优缺点和适用性。实验结果表明,相位解调法最适合用于光子多普勒测速系统振动信号解调。最后讨论了采用递归希尔伯特变换的方法减小相位解调法的正交性误差的可行性,通过仿真实验验证了此方法的有效性。     

一种红外光幕测速系统的设计与应用

各行业对测速系统测量精度的要求日益严格,也对作为常用测速系统之一的光幕测速系统提出了更高的测速精度要求.为提高光幕测速系统的测速精度,设计了一种基于红外线光电开关和NI6220高速数据采集卡的测速系统,代替了应用单片机等自行设计的硬件电路进行数据采集的测速系统,提高了测速系统的可靠性和测量精度.介绍了该测速系统的工作原...     

基于DSP的频谱分析型激光多普勒信号处理器的研究

为了提高激光测速系统中信号处理速度,获取更高的测量精度和实时检测能力,本文从硬件结构、传输策略和试验结果入手,提出了利用DSP芯片作为频率分析处理器的多普勒测速系统.通过对A/D控制策略,光电数据采集压缩,DMA传输和DSP处理器中的FFT谱分析和频谱校正算法的研究和对数变频模式模拟电压信号测量试验,实现了多普勒信号处理器在显示采样频率为7MHz,速度显示间隔为0.3ms的实时检测和频率细化能力.     

双光束激光多普勒测速实验系统的不确定度分析

激光多普勒测速技术被广泛应用于流体速度的测量。为减小双光束激光多普勒测速实验系统的测量误差,依据计量技术规范JJF 1059—1999 中规定测量不确定度的分析步骤和方法,针对系统的测量结果,从数学模型和测量方法2个方面,分析了流速测量中不确定度的主要来源。采用不确定度的A类评定和B类评定,对测量结果的各不确定度分量进行评定,得到了测量结果的合成标准不确定度和扩展不确定度。     

低压流场速度测量的不确定度分析

激光多普勒测速技术被广泛应用于流速测量领域。在搭建好的真空气流检测实验平台基础上,运用二维激光多普勒测速仪对真空腔室进行流速测量;为了减小测速系统的测量误差,对真空腔室流速测量不确定度的来源及评定进行了分析与说明,得到了真空腔室流速测量的合成相对标准不确定度和相对扩展不确定度。研究表明:LDV重复性测速和进气量估读引起的不确定度较大,而LDV系统误差和其它因素引起的不确定度较小。研究结果对后期真空腔室流速测量有一定指导意义。     

回波信号限幅对声学多普勒测速偏差的影响

声学多普勒测速设备常采用复协方差算法测量多普勒频移，当回波信号出现限幅时会产生频移测量偏差，进而导致测速偏差。文章基于复协方差算法分析了回波信号限幅引起多普勒测速偏差问题的原因，得出限幅后频移测量偏差随真实频移变化而呈现正弦振荡变化的规律，分别使用窄带和宽带发射信号完成回波限幅仿真计算。基于声学多普勒测速仿真器和海上试验完成了对声学多普勒测速设备回波限幅数据的采集，仿真和试验数据结果与理论分析结果一致。     

宽带声学多普勒计程仪性能试验分析

宽带声学多普勒计程仪与窄带声学多普勒计程仪相比,具有更高的测速精度和更广泛的应用价值。其中宽带信号的编码形式是提升宽带多普勒计程仪性能的重要因素。文章利用宽带测速的标准差公式分析了宽带多普勒测速精度的误差来源,提出了采用差分全球定位系统（Differential Global Positioning System,DGPS）和iXSEA公司的Octans光纤罗经组合测速参考系统进行测速精度考核的试验方法,分别对63、31和15阶（即码元数）的三种m码形式的编码序列脉冲,在高航速和低航速下,进行了对地和对水的测速考核试验以及数据分析。试验结果表明,宽带声学多普勒计程仪具有比传统计程仪测速精度高、稳定性好的特点。文章为宽带多普勒计程仪在实际应用中的参数选择提供了重要的试验依据。     

激光自混合测速实验装置精度研究

本文对所研制的半导体激光自混合测速系统在4.06～475.3 mm/s的速度范围内获得了1%左右的速度精度进行了报道.同时,我们针对激光自混合测速系统的试验装置对速度测量精度进行系统研究,重点讨论了激光光谱谱宽、速度分布、散斑、电子学线路对多普勒信号展宽的影响.分析结果表明,散斑信号在待测速度较小时所造成的多普勒信号展宽是激光自混合测速系统测速精度下降的主要原因.采用提高采样时间以及改进电子学处理系统的方式,是提高激光自混合测速系统精度的一个较好途径.     

风速校准中激光多普勒测速仪激光器的选择

正0引言激光多普勒测速仪(以下简称LDV)是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号[1],再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。LDV是目前世界上测速准确度最高的在线实时测速仪器。由于是激光测量,测速范围宽,而且多普勒频率与速度是线性关系,与该点的温度、压力无关,其还具有非接触测量、不干扰流场的特点,因此LDV系统极其适合速度仪器校准。LDA系统包括电路和光路两部分。光路部分包     

层栅激光多普勒测振系统研究

应用单周期层栅和基于旋转场辨别速度方向的激光多普勒测振系统是近年来研制出的一种新型测速手段。本文在阐述测量原理的基础上,重点介绍了本系统的光学、光电转换、频压转换以及微机信号处理等各组成部分,综述理论与实验研究成果。     

基于MATLAB的PDV系统数据处理算法与实现

光子多普勒测振(Photonic Doppler Vibrometer,PDV)系统具有测量精度高、空间分辨力高、动态响应快等优点,适用于高温、高压、高速等特殊环境,应用范围广泛。数据处理是PDV系统的重要技术部分,旨在从含有大量噪声的测量数据中获得被测运动体的速度信息。本文在条纹法的基础上,针对原始信号的去噪、奇异点等问题,分别采用移动均值滤波以及小波变换法进行处理,最终得到被测物体的振动信息。利用激振台与经校准的激光测振仪进行振动测试对比实验,验证了该数据处理方法的可靠性和普适性。     

Measurement capabilities of planar Doppler velocimetry using pulsed lasers

Analytical models of a spectral filter that contains iodine vapor and of the noise sources associated with charge-coupled-device (CCD) detector technology are combined with a planar Doppler velocimetry (PDV) signal analysis to evaluate the measurement capabilities of PDV for quantitative aerodynamic research and production wind-tunnel testing applications. The criteria for optimizing the filter cell and calibrating the frequency scale of its transmission function are described. The measurement uncertainty limits owing to scientific-grade CCD detector performance are then evaluated, and an analysis is developed of the scattering properties of aerosols suitable for aerodynamic flow seeding. The combined results predict that single-pulse PDV measurements with velocity measurement uncertainties as small as 2 m/s should be possible in aerodynamic test facilities for measurement distances of tens of meters.     

频率调制多普勒全场测速实验系统测试

频率调制多普勒全场测速技术是一种基于分子滤波和多普勒频移现象的流场速度测量方法,在高速、超高速及大尺度风洞流场测量方面潜力巨大.我们设计开发了采用CCD相机作为接收探头的FM-DGV实验系统,该系统主要包括激光器、片光光学系统、碘分子滤波器、图像采集相机、频率监测单元等.基于该系统进行了谐波幅值比和转盘线速度测试实验.实验结果表明,该实验系统工作正常,速度测量误差最大值小于2m/s.     

Measurement uncertainty and temporal resolution of Doppler global velocimetry using laser frequency modulation

A Doppler global velocimetry (DGV) measurement technique with a sinusoidal laser frequency modulation is presented for measuring velocity fields in fluid flows. A cesium absorption cell is used for the conversion of the Doppler shift frequency into a change in light intensity, which can be measured by a fiber coupled avalanche photo diode array. Because of a harmonic analysis of the detector element signals, no errors due to detector offset drifts occur and no reference detector array is necessary for measuring the scattered light power. Hence, large errors such as image misalignment errors and beam split errors are eliminated. Furthermore, the measurement system is also capable of achieving high measurement rates up to the modulation frequency (100 kHz) and thus opens new perspectives to multiple point investigations of instationary flows, e.g., for turbulence analysis. A fundamental measurement uncertainty analysis based on the theory of Cramér and Rao is given and validated by experimental results. The current relation between time resolution and measurement uncertainty, as well as further optimization strategies, are discussed.     

三维激光多普勒振动测量方法研究综述

激光多普勒频移对面内振动不敏感的特点使三维激光多普勒测振成为了一道难题,为解决此难题,各研究机构开展了相关研究并提出了多个解决方案。本文介绍了四种基于不同原理的三维激光多普勒振动测量方法——基于多个光学头的三维振动测量方法、基于一台LSV测振的三维振动测量方法、结合频闪方法的三维振动测量方法、基于单光学头的三维振动测量方法,总结每种方法的优缺点及实际应用效果,并展望三维激光多普勒振动测量技术未来的发展方向。     

辐射热流计响应时间测量方法研究

为满足瞬态热流的测量需求,解决辐射热流计响应时间无法准确测量的问题,设计辐射热流计响应时间测量装置。该装置利用高功率激光器快响应特性形成热流阶跃系统,使用高速采集系统同步采集热流计输出,对热流计响应曲线进行分析计算得到响应时间。对比多种响应时间测试方案,并通过试验对辐射热流计响应时间测量装置的快响应特性进行了验证,结果表明：该装置测量辐射热流计响应时间最快为4.4 ms,能够有效满足大量程、快响应的辐射热流计响应时间精准、高效测试的需求,促进了我国瞬态辐射热流计量技术的发展。     

基于多普勒效应的激光微位移测量系统

介绍了一种可进行动态微位移测量的激光微位移测量系统。该系统以多普勒效应为理论基础，以He-Ne激光器为光源，配置了判向变频系统、CCD视频信号的高速动态采集系统、微机处理系统及干涉图像处理软件包等，较传统测量方法其精度、误差、灵敏度及稳定度都有较大提高，并实现了微位移的全自动测量。     

Accurate velocity measurements of AFM-cantilever vibrations by Doppler interferometry

Doppler velocimetry is widely used in the measurement of nanometre resonance vibrations of micro-electromechanical systems (MEMS). It has excellent sensitivity and precision, but typical engineering applications do not require traceability of these velocity measurements to the SI system. While Doppler velocimetry is, in principle, easy to make traceable to the velocity of light, in practice a frequency-to-voltage conversion in common commercial instruments breaks this traceability unless calibrated. Typically, though, calibration is performed at a much lower frequency than those typical of MEMS devices, without the guarantee that the calibration is applicable in this higher frequency regime.

We present a method of traceable measurement of velocity in terms of the velocity of light, valid for the range of frequency and nanometre amplitudes typical of MEMS devices driven to resonance vibration. This is achieved by analysis of sideband amplitudes in the interference spectrum before demodulation of the Doppler signal. These sideband amplitudes can conveniently be measured using a benchtop spectrum analyser, a piece of widely available electrical test equipment. We illustrate the method with measurements on individual AFM cantilevers. In combination with cantilever calibration methods based on MEMS devices this method enables traceable calibration of those cantilevers employed for the measurement of pico- and nanonewton forces between individual biomolecules.