电子调制的激光相干粗糙度测量技术研究

表面粗糙度对机械产品的使用性和可靠性有重要影响。为了实现远距离测量零件表面粗糙度,采用基于激光多普勒效应的电子直接调制激光的相干法进行了表面粗糙度测量。应用激光多普勒效应克服了工作距离的影响;使用电子直接调制提高了测量速率,降低了成本;采用相干法实现了交流锁相放大,有效控制了系统噪声。经过测量过程的统计误差控制、标定和比较可知,所设计的系统测量不确定度可达1‰。结果表明,该技术具有远距离测量且精度高的特点,对表面粗糙度的测量具有一定的指导意义。     

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。     

一种基于电流调制和DSP解调的激光自混合干涉测振仪

研究了半导体激光自混合干涉测振仪的调制与解调技术。设计了基于电流调制和DSP解调的半导体激光自混合干涉测量系统,实现对振动物体的非接触式测量。分析了激光自混合干涉测振仪的理论模型,并用Matlab进行了仿真和误差分析。研究了系统的调制解调技术及基于DSP的数据采集与处理系统。该系统体积小、成本低、易于准直。提出的测振仪能够测量振动频率在5kHz内的物体振动频率、振幅及振动波形,振动幅度测量精度可达0.325μm。     

利用微波调制激光技术测速的实验研究

为了验证微波调制激光技术进行速度测量的可靠性,构建了一套通过微波调制激光技术测速的实验系统。利用激光作为载波,微波作为模拟调制信号对激光信号进行强度调制,光电探测器对信号光强度进行直接探测。利用射频电路,获得多普勒频移数据反演发射端和接收端相对运动速度。同时通过测量运动距离和时间计算平均运动速度,作为第三方数据,用于与微波调制激光技术测速的数据进行比较。理论分析了这套系统的原理并对其进行了实验验证。实验结果表明,利用微波调制激光技术测速的数据与第三方数据平均偏差小于2.0%,符合性好。     

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.     

激光多普勒测速仪方向辨别及低速测量的研究

为了解决激光多普勒测速仪速度方向辨别及低速测量的问题,利用双声光调制技术设计了光路系统测量转台的转速。在参考光模式的基础上,对参考光和信号光分别进行移频并设定一定的偏置频率,使得探测器输出信号的频率在偏置频率左右变化。理论分析和实验结果表明:双声光调制技术可以有效地辨别速度方向,并且可以实现低速测量;所设计的激光多普勒测速仪的测速精度优于0.35%。     

激光双截面转速波动法监测转轴动态扭矩

基于激光多普勒效应和转动动力学原理,提出一种直接监测转轴动态扭矩的新方法,并建立了数学模型。通过构造光学测试系统使4束高相干激光投射到转轴轴段两截面上4点,具有多普勒频移的反射光在光电探测器上发生混频,光电流频差正比于角速度。测得相邻时刻两截面的瞬时转速,得到轴段转速波动值及两端面相对转速波动值,进而实现转轴动态扭矩的直接监测。实验验证了该方法的可行性。与传统方法相比,该方法实时性强,具有较宽的动态范围,对动态扭矩的识别值提高了5%~10%,反映了转轴扭矩波动的动态特性。     

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 。     

相干激光测风雷达信号处理系统研究

介绍了基于相干探测方式的多普勒激光测风雷达的基本组成结构和原理,着重对激光测风雷达的信号处理系统进行了研究.文中给出了信号处理系统中所采用的多普勒信号处理方法,对采集到的多普勒回波信号进行了仿真研究.采用商业数据采集卡和LABVIEW软件,设计了相干激光测风雷达信号处理系统,并通过搭建的平台实现了激光视向风速的测量.通过模拟的多普勒回波信号,对信号处理系统进行了测试验证,实验结果证明了该信号处理系统能够达到0.8 m/s的速度测量精度.     

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     

双纵模He-Ne激光器的多普勒测速系统

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激光多普勒测速系统利用相邻两个纵模的拍频作为基频大大减小了比例因子,解决了系统进行高速及超高速测量的难题;数字滤波去除直流基底和部分噪声;自相关技术进一步抑制噪声,提高了信噪比,便于精确提取多普勒频率。测量了高速转盘上待测点切向运动的速度,测量结果的重复性精度优于0.8%。     

一种基于压缩感知的导波场重构方法

导波场分析法可有效识别和表征结构损伤,但受限于奈奎斯特采样定律,全波场信号的采集耗时严重。为提高全波场信号的获取效率,现有方法依靠压缩感知和激光多普勒测振技术,以少量空间测点信号重构出原始波场,然而该类方法依赖具有一定随机性的抖动采样策略,在商用激光多普勒测振系统上不便实现。为解决这一问题,该文提出了一种基于均匀稀疏采样策略的导波场重构方法,并搭建压电片激励/扫描式激光多普勒测振仪传感(PZT激励/SLDV传感)实验平台,对含人工损伤的铝板进行实验验证。实验结果表明,该方法可将空间测点数减少到奈奎斯特采样点数的10%以下,并在导波场重构精度及损伤成像精度方面达到与抖动采样策略的同等水平,且提高了导波场分析法的实用性和工作效率。     

激光多普勒测振仪对激光陀螺动态特性测试分析

为了研究激光陀螺动态响应的幅频特性,提出了一种利用激光多普勒测振仪对激光陀螺幅频特性测试的方法。由于激光陀螺角振动测量属于接触式测量,测量结果易受被测物体振动频率的影响,因此对其幅频特性的研究具有重要意义。实验中利用压电式角振动台产生正弦激励信号,通过比较激光陀螺和激光多普勒测振仪对角振动台角振幅的测量值,得到激光陀螺幅频特性曲线。实验结果表明:在角振动频率低于300 Hz时,激光陀螺测量值准确;角振动频率较高时,由于机械结构传递特性影响将导致激光陀螺对角振动台振幅测量失真。     

利用激光干涉技术研究压电换能器的谐振特性

介绍了压电超声换能器的基本结构及振动模态，利用先进的激光多普勒干涉仪对自制换能器的谐振特性以及振动速度和位移分布进行了测量和分析，并与有限元分析的结果进行了对比，实验表明，实验测量模态结果与有限元分析结果基本相符，激光多普干涉技术是一种直观研究压电超声换能器振动的有效手段。通过有限元分析和先进测量手段的结合与对比，对换能器的设计和制作具有指导意义。     

高速回转机械扭转振动测量的研究

讨论了高速大型回转机械扭转振动测量的特点及其对测量系统的要求，针对这些要求，提出一种新型激光多普勒扭转振动测量方法。     

相干激光测距中的多普勒频率动态补偿研究

介绍了相干体制的激光雷达相较传统直接探测激光雷达的优点,阐述了在相干激光测距中进行光频率多普勒动态补偿的必要性,给出了进行频率补偿的系统模型和工作流程。文中基于1550 nm激光搭建了试验系统,通过搭建的实验平台对方案进行了验证。验证了在相干激光雷达中使用光频率补偿技术的可行性。     

激光相干测风技术应用研究

激光相干探测技术能够在晴空下实时获得高时空分辨率的风场分布,是目前研究大气风场的一种重要手段。首先简述了 大气风场测量的意义,针对激光相干测风技术进行了介绍。随后结合目前相干多普勒测风激光雷达的发展情况,重点对相干 激光测风探测技术在不同领域上的应用进行分析和总结。最后,通过对比目前相干探测技术的应用缺陷,进一步分析了相干探测技术的应用前景。