Study on Differential Demodulation System of Laser Doppler

To meet the seism detection‘ s require of high accuracy, high resolving power, the measurement technique of Laser Doppler and detection technique of faint signal are further researched. A differential demodulation system of Laser Doppler is designed. Phase grating is adopt to obtain same intensity measured beams with big separative angle in the system, and by focusing the waists of two Gauss beams on the measured object with extender and collimating lens group, the smallest speckle and the superposition of plane waves are obtained. And because the big diameter lens is used to collect scattered light,the Doppler signal of high SNR is obtained. It‘s measured range of frequency and amplitude respectively are 0.3～1000 Hz, 1.5～5mm. And the measure accuracy of amplitude and frequency respectively are 1% and 0.4%.     

倒置差动式激光多普勒光栅检波系统

为了解决物体微小位移或微小振动的超低频高精度检测与装调间的矛盾,提出一种倒置差动式4f激光多普勒光栅检波系统。它利用两个相位光栅分别实现频移和混频,提高了位移测量精度;且采用4f结构,提高了空间相干性,使装调更为方便;增设λ/4波片、沃拉斯顿棱镜并与差动放大器结合,不仅得到识别位移方向的正弦、余弦信号,而且将±1,±3级衍射光能量都充分利用,使多普勒信号强度和信噪比更高。     

激光多普勒检波系统的研究

为了进一步提高地震检波器的指标,研究了激光多普勒测量方法和微弱信号检测技术等,设计出了一种LD做光源的差动式激光多普勒检波系统,此系统采用高斯光束聚焦、大口径透镜接收,能接收到很强的多普勒信号,并且具有高的空间分辨力,同时,采用声光调制技术及锁相放大技术,提高了信号的信噪比,其结构简单、紧凑,装调方便,光能利用率和空间分辨力高,可测频率范围为0.5Hz～1000Hz;振幅范围为2μm～5mm;频率测量精度为0.6%;振幅测量精度为1%。     

高斯光束聚焦光学系统研究

研究了高斯激光经过失调望远镜系统聚焦的特点。通过改变失调望远镜系统两透镜间距获得不同距离处的小光斑,推导出了它们之间的关系式,为聚焦参数的计算提供了方便的计算依据。分析了工程应用中应考虑的失调望远镜系统的装配尺寸的限制和装调误差影响等问题,提出了在确定的聚焦要求下,选择聚焦光学系统参数的方法。     

多普勒效应与激光外差技术复合检测金属线膨胀系数

物体的热膨胀性质反映了材料本身的属性,通常将固体受热后在一维方向上长度的变化称为线膨胀。测量材料的线膨胀系数,不仅对新材料的研制具有重要意义,而且也是选用材料的重要指标之一。将激光外差技术与多普勒效应深度融合,提出一种多光束激光外差测量金属线膨胀系数的新方法,即利用多普勒振镜把待测参数信息调制到多光束激光外差信号的频率差中,信号解调后可以同时获取多个待测参数信息,对多个待测参数加权平均,从而可以精确得到待测样品长度随温度的变化量,最终提高待测样品线膨胀系数的测量精度。基于该方法,对不同温度情况下金属棒线膨胀系数进行了仿真研究,结果表明该方法测量金属棒线膨胀系数的相对误差为0.1%。与传统测量方法相比,测量精度提高了一个数量级。     

辨向激光光栅测振仪的研究

文中讨论激光多普勒技术的双相检测辨向方法,计算了单周期矩形相位光栅的衍射光强分布,比较了光栅常数相同的矩形相位光栅和振幅光栅的衍射效率。实验研究了一种利用双相检测法辨向的、以单周期矩形相位光栅作光束结合器的激光光栅测振仪系统。介绍了仪器的工作原理和信号处理方法,给出部分实验结果,实验结果与理论分析相吻合。     

激光多普勒测速实验系统

利用激光多普勒效应测量流体流速已成为近年来测速系统的发展趋势,激光多普勒测速具有高精度、非接触等优点,但由于激光器的限制此技术尚未广泛普及应用。详细推导了多普勒测速的原理和计算方法,相信能够为解决实际问题带来帮助,例如暖气管道流量计的设计等。     

激光多普勒扭转振动测试技术的研究

提出了一种差动式可辨向激光多普勒扭转振动测试仪 ,计算并分析了激光多普勒技术的双相检测和矩形光栅的衍射光强分布。采用相位光栅作为光学混频器件 ,提高了测量的信噪比并充分地利用了光能。实验表明 ,该系统能有效地实现旋转轴可辨向扭转振动的测量 ,并可获得较高的精度     

窄带激光器调谐的光纤光栅波长移位解调

提出了一种窄带激光器程控调谐扫描的波长检测方案,运用LabVIEW虚拟仪器工作平台实现了窄带激光器的程控调谐扫描及波长检测信号处理.在温度传感应用的实验表明,该系统的温度-波长检测灵敏度为0.01nm/℃,测得光栅温度灵敏度系数为6.3×10-6/℃,系统的温度检测分辨率高于0.2℃,对应的波长分辨率优于2pm.     

基于FP滤波法噪声影响研究

研究了噪声对光纤光栅解调精度的影响,通过理论分析和实验验证的方法论证了噪声与解调精度之间的关系.对光源施加不同功率大小的噪声,并根据光纤光栅的反射谱来研究光源噪声对峰值检测的影响.采用确定的波长标定方法后,解调系统的精度则主要由系统噪声决定.实验表明,峰值与噪声间的关系与检测精度有关,光栅解调时,精度要求越高,一个FP扫描周期内采集的点越多,要求区别相邻两点光信号功率变化的能力越强,即噪声应越低.     

激光多普勒效应回转体表面轮廓测量系统

提出一种基于激光多普勒效应的回转体表面轮廓测量系统。散射光的多普勒信号强度、信噪比是测量的重要参量，为此研究了多普勒差动方法、锁相环(PLL)频率跟踪器等技术，设计出差动纵向多普勒光路、频率跟踪特性良好的锁相环电路、精密旋转进给系统。实现了测量分辨率10μm，最大相对误差1．0％。     

基于Michelson干涉解调技术的光纤光栅传感系统

介绍了一种基于Michelson干涉解调技术的光纤光栅传感系统,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过单片机系统检测相位的变化,得到被测应变的大小.系统可检测静态应变和动态应变,具有高分辨力、大测量范围等特点.     

单纵模VCSEL自混合多普勒测速传感系统的设计

基于激光自混合原理研制了多普勒测速传感系统,应用单纵模垂直腔面发射激光器(VCSEL),简化了光路设计;应用差频模拟锁相环技术处理微弱自混合多普勒信号,提高了测速精度和动态范围;应用单片机进行数字采样测量多普勒频移和计算物体的运动速度,实现了传感系统的集成化和小型化.实验结果表明,该传感系统在采样时间为0.1S的条件下,测速精度优于1%,测速范围达到30～500 mm/s,具有非接触式测量、测速精度高、动态范围大、结构简单、成本低和易于集成化等优点,在生物工程测量等领域有着广泛的应用前景.

Abstract：

The Doppler velocity sensor system based on laser self-mixing effect applies single-longitudinal-mode vertical-cavity surface-emitted laser (VCSEL),simplifying the optical path.And it uses difference frequency analogy phase locked loop (APLL) to process the self-mixing Doppler signal,so both the velocity measurement accuracy and dynamic range can be improved obviously.And it uses microcontroller unit (MCU) to make digital sampling and measure the Doppler signal frequency to obtain the velocity of the target,realizing the integration and miniaturization of velocity sensor systems.The experimental results show that,with the sampling time of 0.Is,the velocity measurement accuracy is better than 1%,and the dynamic range is from 30mm/s to 500 mm/s.The Doppler velocity sensor system has advantages of non-touch measurement,high accuracy of velocity measurement,wide dynamic range,simple configuration,low cost,and convenience in integration,so it has wide applications in such fields as bioengineering measurement.     

全光纤多普勒测速系统的研究

为了验证全光纤多普勒测速系统的低速响应能力,采用窄带光纤激光器、准直透镜等器件搭建了一套迈克尔逊干涉仪结构的全光纤多普勒测速系统,分析了其测速的基本原理,并对喇叭振动进行了测试。采用快速傅里叶变换对信号进行处理,解调结果表明,该系统对低速响应灵敏,能够有效地测量出喇叭膜片振动速度,最低可测速度在1mm/s以下,速度分辨率可达0.1mm/s。     

激光多普勒技术测量大尺寸直径的研究

介绍了激光多普勒技术用于大尺寸直径测量的原理 ,并据此设计了新型差动激光多普勒大尺寸直径测量系统。采用差动型光学系统并使用声光调制器对测量光束进行调制 ,提高了系统的测量精度。高频信号和低频信号分开处理 ,消除了信号的相互干扰。实验结果反映了系统良好的线性度。线性回归的相关系数达到 0 .9999,相对测量精度为 3× 10 - 4 。