用于微机电系统运动检测的激光差动多普勒技术

提出了能够检测微机电系统器件面内瞬时运动的方法，建立了测量微机电系统谐振器面内运动速度和位移的差动激光多普勒系统。在光路中引入了电荷耦合器件监控系统，可以观察被测器件微小结构的调整和振动情况。使用信号处理电路从光电接收器输出的高频调制信号中分离出多普勒信号，并用时频分析算法从多普勒信号中提取出速度信息，再通过积分获得位移。测量了微机电系统谐振器的面内振动，测量结果的离散度误差为2．512μm。     

光栅横向位移遥测传感器

介绍了一种光栅横向位移遥测传感器,被测位移和光束方向垂直。该系统利用激光光栅的多普勒效应进行测量,采用差动光路结构。理论计算和实验表明,此系统测量范围大、信号质量好、分辨率和测量精度高,并具有很大的景深范围,可应用于具体生产环境中的位移遥测。     

散射体激光多普勒效应光栅测量系统的研究

本文研究利用激光多普勒效应,采用光栅系统拾取信号,对散射体表面进行切向位移测量的新方法。文中分析了光路原理和正弦条件,用理论和实验证明系统拾取信号的相位结构和它具有信噪比高的特点,可有效地用于固体位移的不接触测量。     

基于锁相放大器的全光纤式激光多普勒测速系统

为了提高激光多普勒测速系统的测量精度及其实用性,基于锁相放大器和光纤设计搭建了一套激光多普勒测速系统。该系统的优点在于,锁相放大器的引入能够放大信号并可避免杂散光影响,从而大大提高系统的信噪比;此外,利用光纤取代传统的传输与接收光路,有效避免振动、灰尘、杂散光等环境因素影响,使实验条件大大简化。利用该系统测量移动平面镜和漫射面镜的结果表明,该系统能够准确测量移动物体的速率,误差在1%以内。该系统将来可应用于在线监测活体组织的血液流速测量中。     

激光多普勒离面位移测量系统的光路结构设计

本文提出了一种应用于激光多普勒离面位移测量系统的新型参考式光路结构,能够较好地完成产生多普勒频移和拾取该信号的功能,采用相位兴栅作为光学混频元件,提高了测量的信噪比并充分利用光能。本文阐述了实现差拍应满足的条件及方法,实验表明,方佻路结构能有效实现被测物的离面位移测量,并,可获得高的测量精度。     

基于激光多普勒技术的PZT薄膜压电性能测试研究

应用基于激光多普勒技术的微小形变分析方法,并引入数字锁相技术,成功实现了PZT(Pb(Zr,Ti)O₃)铁电薄膜的压电性能测试。对商用压电陶瓷在小信号激励下的压电性能测试表明,数字锁相技术的引入能有效抑制系统噪声,并提高激光多普勒系统的位移检测分辨率,使其达到皮米量级。此外,研究了用溶胶-凝胶技术和溶胶-电雾化技术制备得到的PZT薄膜的电压-位移曲线和压电位移"蝴蝶线",实验结果表明:在5 V直流偏置下测得两种方法制备得到的PZT薄膜的d₃₃压电系数分别为218.7 pC/N和215.8 pC/N,相应的标准偏差分别为12.7和28.6。     

激光测量旋转部件综合振动的新方法

针对轴系弯曲振动和扭转振动同时测量的要求和不同振动相互耦合的现实情况,设计出有利于振动模式解耦提高信号信噪比的激光多普勒测量系统,并制订出集成化光学系统的方案。扭转振动测量采用双平行光束差动测量方案,与现行的激光扭振仪的测量方案基本一致;弯曲振动测量采用马赫-泽德(Mach-Zehnder)外差干涉方案。将激光多普勒测振技术应用于旋转轴系的综合振动测量,开发出能同时测量轴系指定截面的弯曲、扭转振动和轴系旋转速度的综合测量技术。     

激光多普勒技术离面位移测量的研究

本文介绍了利用多普勒效应进行离面位移检测的技术,提出测量光路,利用光栅差拍实现多普勒信号的有效分离,具有信号强、信噪比高的特点。实验表明该方法能可靠地用于物体离面位移的测量。     

基于时间参考点的差动式线阵CCD位移传感器

为了将线阵CCD应用于实际工程的大尺寸位移测量,利用线阵CCD像元空间与输出时间的对应关系,提出了一种差动式测量的线阵CCD位移传感器测量系统。分析了线阵CCD位移测量存在的问题,结合线阵CCD中像元空间与驱动脉冲之间的对应关系,提出一种以时间为参考点的差动式测量方法。该方法用两个空间上对齐、时间上错开半个积分周期的线阵CCD检测透光挡板上等间距分布的透光光线的位置变化;通过计算两个CCD上输出光信号的时间差,用匀速扫描测量原理实现对空间位移的测量。用雷尼绍激光干涉仪对所研制的线阵CCD位移传感器进行了校准,结果显示：在有效测量范围（600.05 mm）内,经过修正后的测量误差可控制在±2 μm以内,验证了用差动法实现线阵CCD大尺寸精密位移测量的可行性。     

激光多普勒效应地震波实时测量技术的研究

传统的磁电式地震检波器易于受到电磁干扰、存在非线性 ;提出一种应用激光多普勒技术的地震波检测方法 ,采用优化设计的差动光路结构方案、信号处理单元的适宜带宽。通过F/V转换可以实时地得到被测速度、位移、加速度和频率。实现线性测量的频率范围 1 0～ 1 0 0 0Hz ,动态范围 1 0 0dB。     

基于MATLAB仿真的锁定放大器的研究

研究了锁定放大器的实现原理,并根据该原理用MATLAB的SIMULINK工具箱对锁定放大器进行了建模和仿真。仿真结果表明锁定放大器具有卓越的微弱信号检测能力。在实际测试中。所设计的锁定放大器也很好的完成了信号的检测和拾取。     

基于数字锁相放大的时栅传感器信号处理研究

针对时栅位移传感器对信号噪声和插补时钟频率稳定性敏感及需要时钟频率高的问题,提出了一种基于数字锁相放大技术的时栅位移传感器信号处理方法。该方法用STM32F4微处理器同步产生激励信号和采集时栅输出信号,不需采集正交参考信号,将正交参考信号和输出信号送入正交矢量型数字锁相放大器,实现角位移检测。研究了基于数字锁相放大技术的时栅传感器信号处理原理和算法,设计了A/D采集电路和窄带低通数字滤波器。仿真和试验表明:在信号噪声较大条件下,时栅位移传感器的误差控制在±1.1″以内,显著提高了精度。该方法只需采集一路感应信号即可实现传感器角位移检测,优化和简化了电路结构。     

锁定放大微弱信号检测仿真与设计研究

为解决商用锁定放大器不便于特定应用背景下微弱信号检测系统的灵活扩展与剪裁,该文分析了正交锁定放大的基本原理,建立了正交锁定放大的MATLAB/SIMULINK数学模型,展示了锁定放大所能达到的性能以及数字信号处理对锁定放大性能的改善效果。给出了正交锁定放大检测装置的硬件设计过程,包括前端信号调理电路、移相电路、相敏检测电路、低通滤波电路、均方值电路及数字显示电路等。仿真表明,在高斯噪声影响下,微弱信号检测可以达到较高的检测精度,且通过滑动平均值滤波算法可以有效提高检测的精度。实验研究表明,在噪声信号峰峰值为10 V情况下,可以将50 m V的有用信号提取出来,且在50 m V以上可以拟合出较好的输入输出线性关系,便于检测装置的标定。     

基于AD630的双相锁相放大器设计

在利用激光吸收光谱技术进行摩托车尾气检测的系统中,携带有用信息的光信号是微弱信号,淹没在很强的噪声和其他干扰的背景中,因此必须采用微弱信号检测技术中的锁相放大器来实现有用信号的提取。阐述了微弱信号检测的基本原理,比较了单通道和双通道的锁相放大器的优劣,设计了运用AD630作为相关乘法器的双相矢量锁相放大器。     

LSI离子刻蚀过程中的微弱信号提取及刻蚀过程的在线监测

叙述了发射光谱法的终点监测原理,锁相放大技术在PIE和RIE工艺过程监测中的应用,并详尽地讨论了开关电容滤波器的原理,而且在电路设计中采用了跟踪开关电容滤波器的锁相放大器设计,从而提高了系统的动态范围,最后说明了该系统用于实际生产线所获得监测结果。     

通用型光栅信号处理系统的研制

为了实现基于光栅传感器的位移测量,设计了一种通用光栅信号处理系统。无论光栅尺的输出是方波信号还是正弦波信号,处理系统均可识别并处理。运用FPGA芯片对光栅信号进行四倍频细分、辨向以及可逆计数。计数得到光栅扫描测头的位移数据经由DSP预处理,然后通过ISA或串口传到上位机,并由液晶显示位移结果。实现了对光栅信号的测量处理过程,同时通用性得到了提高。     

Digital Lock-in Amplifier Based on Microcontroller

A method of implementing high cost-effective and highly integrated digital lock-in amplifier with microcontroller is discussed. And the digital lock-in amplifier is more suitable for measuring low-frequency weak signal.Digital signal sequence is obtained through sampling signal measured over an integer number of signal periods, but digital reference sequence is acquired through mathematical operation, then digital phase sensitive detection can be implemented by calculating the cross-correlation function of digital signal sequence and digital reference sequence.In addition, the frequency response and phase character of the digital lock-in amplifier is analyzed. Finally, the designed digital lock-in amplifier is achieved. Experimental results show that the digital lock-in amplifier can be used for measuring weak signal with low ignal-to-noise ratio.     

基于LabVIEW的光谱自动测试系统

为弥补传统光谱测试系统的不足,介绍了一种采用虚拟仪器技术、数字锁相放大器、光栅单色仪、斩波器和热释电探测器组成的可远程控制的光谱自动测试系统。该系统不仅测试自动化程度高,测量范围宽,且能根据测试对象不同的需求随时改变测量方案。基于LabV IEW编程平台,使该测试系统具有很强的数据处理功能和与其它测试仪器的通信能力。实验证明,该系统具有很好的测试性能。