A real-time filtering method for the drift data of a laser Doppler velocimeter

To effectively reduce the random drift of a laser Doppler velocimeter (LDV), a real-time filtering model is presented for filtering the drift data of an LDV, which is a combination of the metabolic grey model (1, 1) and the metabolic time series model AR (2). The basic principle of the metabolic grey-time series model is introduced in detail first. Then, the model is established for the static and dynamic drift data, and a Kalman filter is used to filter the drift data based on the model. The variance analysis method and the Allan variance method are employed to analyse the static drift data. The dynamic drift data are also compared before and after being modelled and filtered. The results demonstrate that the metabolic grey-time series method cannot only effectively reduce the static random drift of an LDV, but can also reduce the dynamic random drift in real time.     

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。     

激光多普勒效应微纳测量技术的研究

研究MEMS系统中可动构件(膜、梁、梳、面、弹簧)在承受压力、弯曲等机械负荷及热负荷下的性能，重要途经是测量其在各种条件下的运动量(振动、位移等)．提出了一种MEMS构件微小振动、位移测量系统，采用外差法激光多普勒技术，通过对信号的频谱分析，确定了信号处理单元的适宜频带宽度．对调相多普勒跟踪信号进行相干解调及频率／电压转换，可以实时地得到被测的速度、位移、加速度、频率等参量．实现的测量分辨力为20nm．     

一种提高多普勒测速仪测频精度的方法

多普勒测速仪是水面或水下平台速度测量的主要设备。提出了利用随机样本一致(Random Sample Consensus,RANSAC)算法来估计多普勒频移,从而使速度测量具有更高的稳定性。多普勒测速仪信号处理的核心是测量多普勒频移,该方法利用回波复相关相位是多普勒频移的一次函数来估计多普勒频移,进而计算得到平台速度,在估计频移时采用RANSAC算法以提高测频精度。为了验证方法有效性,对信号形式为连续波(Continuous Wave,CW)脉冲对的情形进行了仿真。结果表明,提出方法的稳定性得到明显提高。     

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。     

利用超声多普勒技术测量低速血流

利用常规的多普勒系统较难进行低速血流的测量，本文在讨论了常规的多普勒系统的局限后，就一种可测量低速血流的超声多普勒技术的原理，方法进行讨论，并通过计算机模拟实验实现了这种方法。     

激光多普勒爆破容器高速变形动态测量技术的研究

为了获取爆破过程中爆炸容器变形参数来分析爆破强度,设计了激光多普勒效应外差纵向测量系统,利用高斯光束理论和束腰特性优化了光路结构.根据爆破过程多普勒信号的特点,研究了相应的数字滤波和频谱分析方法,实现了爆破容器高速形变过程的动态测量.系统的测量形变量程为±30mm,测量形变速度的量程为-10 m/s～+20 m/s,遥测距离为4.5 m.与标准振动台的试验对比,位移测量相对误差小于1%.最后,还给出了圆柱形钢制罐体在20gTNT当量炸药爆破过程中变形的测量结果.     

Analysis of digital spectral processing of laser Doppler vibration meter signals

A digital spectral method of the maximum harmonic for processing laser Doppler vibration meter signals from a surface vibrating according to a harmonic rule is analyzed. A digital model for this signal in the presence of additive and multiplicative noises is suggested. Examples are given for the effect of signal discretization frequency on the error of determining vibration amplitude. __________ Translated from Izmeritel’naya Tekhnika, No. 9, pp. 42–45, September, 2006.     

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。     

光纤激光多普勒横向位移传感器

介绍了一种光纤式激光多普勒横向传感器，被测位移和光束方向垂直。该系统采用双通道比相测量方法，消除了低频噪声并且直接得到相对位移量，可以测量从静态到２０ｋＨｚ的振动。文中给出了理论分析和实验结果。     

激光多普勒测速仪信噪比及多普勒电流的研究

研究并给出了参考光束型激光多普勒测速仪中计算信噪比的一般公式,并进行数值模拟,分析了光斑尺寸和探测器孔径对信噪比的影响;同时给出多普勒电流的计算公式,并从理论上分析了参考光束与信号光束的空间位置关系对多普勒电流的影响.理论分析及数值模拟表明,信噪比是参考光光强的增函数,但当参考光光强达到一定值时,信噪比增加的非常缓慢,趋近极限值ηIs/(hv△f);两光束艾里斑尺寸相当时,信噪比最大,可达0.7ηPs/(hv△f).两束光不平行时,多普勒电流的大小与两束光的角度偏差关系很大;而两光束平行时,光束入射角对多普勒电流几乎没有影响.     

基于激光多普勒技术的扭矩测量研究

提出一种基于激光多普勒技术和光学外差的原理进行扭矩测量的改进方法。分析了工作原理,推导出光路部分的数学模型,并通过实验验证了测量方法的可行性。由高相干激光器发出激光投射到转轴2个平行截面4个点上,测量两个截面的相对速度,经过积分得到两截面相对转角,最终实现扭矩的测量。该系统只用1个光探测器和1套解调电路,直接测量转轴2个截面相对速度,避免了多套解调电路延迟时间不同带来的误差,提高了扭矩测量的精度。     

利用激光多普勒效应进行电缆动态定长的研究

激光多普勒测速法是一种高精度测速的方法,在测量流体速度方面应用较广,但因测速仪器技术含量高,目前主要靠进口欧美国家的产品,因而成本较高,在电缆、钢材行业应用有限,文章就是欲将激光多普勒测速法向电缆行业推广的一次尝试,对改善我国电缆行业长期存在的定长精度不能达到国际标准、浪费现象严重的现状具有一定的意义.     

Investigation of Errors in Estimates of the Frequency of Signals of Laser Doppler Anemometers Using Wavelet Analysis

A method of processing the signals of laser Doppler anemometers using wavelet transformation is considered. The errors of Doppler frequency estimation obtained from an analysis of the wavelet spectrum of the signal are calculated and the influence of a number of parameters on these errors is investigated. Recommendations for performing measurements are given.     

激光多普勒测量技术及其应用

从光学结构、信号处理、方向辨别三个方面综述了激光多普勒测量技术的研究，最后讲述了激光多普勒测量技术在散射体位移测量中的一个实际应用──空间滤波的仿光栅散射体多普勒测量。     

相控阵多普勒计程仪的相控波束形成

多普勒计程仪采用相控阵进行声波信号的发射和接收,不仅能够大大缩小换能器的体积,提高计程仪的适装性,还能依托相控阵本身的物理特性,无需进行声速补偿,所以在低频段获得了较多的应用。首先介绍了一维线阵波束形成的基本原理,然后分析了一维线阵的波束形成,获取多普勒计程仪发射波束及接收波束的方法,最后利用自制平面相控阵的水池测试结果与理论计算进行对比,结果表明,自制的相控阵满足多普勒计程仪的使用需求,为宽带大深度多普勒计程仪的制作奠定了基础。     

一种利用激光多普勒技术测量扭矩的原理研究

章在概述了各种扭矩测量的原理、发展和运用后，提出了一种利用激光多普勒效应测量弹性转轴扭矩的原理。它是利用由同一激光器发出的在被测转轴2个截面上4个点处的相干光束测量这2个截面的相对转速，然后通过积分得到两截面的相对转角，进而实现被测转轴扭矩的测量。章根据不同工况，提出了相应的扭矩动态测量计算方程。为大型机械设备主传动动力监测的自动化、智能化提供了新的技术手段。     

激光多普勒扭矩非接触测量的研究

基于激光多普勒效应测量转轴单截面转速的原理,通过测量双截面的转速进而求两截面的转速差。对转速差进行积分得到在扭矩作用下转轴两截面的相对扭转角,从而得到转轴扭矩,实现传动轴扭矩的非接触测量。同时,设计了实验系统并在扭矩实验平台进行了实验,实验结果表明,激光多普勒法与传统扭矩测量方法的相对误差小于0.2%,说明激光多普勒法具有较高的测量精度。     

Characterization of laser hardened steels by laser induced ultrasonic surface waves

Ultrasonic surface waves are suitable for the characterization of surface hardened materials. This is shown on laser hardened turbine blades. The martensitic microstructure within the surface layer of surface hardened steels has a lower surface wave propagation velocity than the annealed or normalized substrate material. Because the propagation velocity depends on the ratio of layer thickness to wavelengthd/, its measurement allows the determination of the hardening depth. If the surface wave frequency is high enough, the surface wave propagates mainly within the hardened layer. A correlation of the surface wave velocity to the surface hardness has been found. Because the variation of the surface velocity in hardened steels is small, a high measurement accuracy is necessary to obtain the interesting hardening parameters with sufficient certainty. Therefore, a measuring arrangement has been developed where laser pulses, guided by optical fibers to the surface hardened structure, generate simultaneously surface wave pulses at two different positions. The two ultrasonic pulses are received by a piezoelectric transducer. The surface wave velocity is obtained from the time delay between these pulses which is determined by the cross-correlation method. To evaluate simultaneously surface waves with different penetration depths from the same signal acquisition, digital filtering has been used in connection with the cross-correlation.     

一种新型激光多普勒振动传感器

介绍了一种采用激光多普勒技术的非接触振动传感器，分析了它的工作原理及光路电路结构，并给出了初步实验结果与测量误差分析。文中指出这种高性能价格比的振动测量仪器可望有好的应用前景。