莫尔条纹在微小振动测量中的应用

微小振动的频率和振幅的测量在工程技术领域具有重要意义 ,本文提出利用动态莫尔条纹光电信号测量微小振动的频率和振幅的方法。由于莫尔条纹具有放大作用 ,采用对莫尔条纹光电信号的细分技术 ,测量精度可以做得较高。实验表明 ,振幅测量分辨率可达光栅常数的二十分之一以上。     

基于光学杠杆原理的炮口扰动角测试方法研究

针对小口径火炮性能测试时难于准确测量炮口扰动角度的问题,提出了基于光学杠杆原理的非接触式炮口扰动角测量方法。根据小口径火炮发射过程中的振动规律,建立修订了炮口扰动角与光电位置传感器(PSD)二维坐标间的数学模型,并在实验室条件下,搭建模拟实验系统,验证了光学杠杆理论模型的合理性、准确性。为系统测试功能的最终实现奠定了数学基础,为测量火炮炮口扰动角及其振动规律提供了重要参考。     

基于FPGA的激光多普勒微振动检测及信号处理方法

为实现微弱振动信号的实时、高精度解调,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的激光多普勒微弱振动检测及信号处理方法。采用全光纤结构的光学系统,振动信号处理系统则以FPGA为核心设计。改进相位解缠模块,在增大振动测量范围的同时,使其能适用于简谐振动与复杂振动。通过模拟振动实验验证了改进后相位解缠模块,且当振幅在80μm以内时,测量精度在5‰以内。通过对压电陶瓷实际振动目标测振实验,其频率测量误差在1Hz以内,振幅与频率的测量精度均在1%以内。实验验证了该振动信号处理方案对于扩大振动测量范围与实现高精度目标振动解调的有效性。     

基于散斑图像的远程振动频率提取方法研究

为了得到远程物体的微米级振动的频率信息,采用基于散斑图像的远程振动频率提取方法,以波长为532nm连续激光器作为光源照射50m远处被测物体表面,通过高速摄像机记录物体表面反射空间内的散斑图样提取物体的微振动频率。采用激光散斑图像的数据处理方法,进行了研究分析和实验验证,利用长焦镜头对远程散斑图像进行适当散焦处理,然后提取视频散斑图像间互相关系数峰值点与原点之间的矢量大小来获取散斑的变化信息,同时对一定宽频率范围内的振动频率进行提取。结果表明,用该方法得到的激光散斑远程微振动频率的提取准确度达99.22%。该数据结果为激光散斑应用于远程频率振动检测提供了一定的论证依据。     

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。     

激光测距传感器在超微圆柱滚子动平衡检测中的应用

为解决高速精密滚动轴承圆柱滚子微小动不平衡量检测中,传统压电传感器测量振动时因寄生质量与附加刚度导致的测试精度较低、测试灵敏度低等问题,介绍了自主设计的基于激光测距传感器的非接触式超微圆柱滚子动平衡测试系统,阐述了基于三角法的激光测距传感器工作原理,采用激光脉冲计数法高精度测量转子转速,并对超微滚子动不平衡量进行了检测分析。通过试验验证了所设计系统在测量微米量级微小振幅时的有效性,确保了对于微小动不平衡量提取的可靠性与准确性。     

金属表面轮廓的线结构光测量研究

为研究线结构光法在测量金属表面轮廓时所能达到的测量精度和影响因素，首先对线结构光测量仪的性能进行了分析，然后完成了对金属样块表面轮廓的测量实验，并与同属光三角测量原理的光切法进行了对比。结果表明：线结构光测量仪的线性度、分辨率和重复测量精度都比较高，能实现微米级的位移测量。但受激光散斑噪声和金属表面反光等因素的影响，该方法的轮廓测量精度大于10μm。而光切法的轮廓测量精度接近微米级。因此，结合光切法的优点，在保证测量范围和工作距离的前提下，设计能投射无散斑高质量光条的光路结构，可以进一步提高线结构光法的轮廓测量精度。     

用于声子晶体检测的外差测量信号处理研究

为了满足声子晶体谐振频率测量要求,即测量出其振动形式且可连续测量,该文运用光外差测量技术测得光电信号,声子晶体激励采用压电激励方式.由于光电信号很微弱,故用自动增益控制电路对光电信号放大,然后运用锁相混频技术,解调出振动信息.本系统中自动增益控制电路,使系统对实验台倾斜等原因造成的连续测量时光电信号大幅变化带来的困难得以解决.该系统实现了对微弱振动的实时、灵敏度及信噪比均高的精确连续测量,对于声子晶体在线、连续检测具有重要意义.     

微弱振动信号自适应采集系统设计

在许多交通运行机械的振动信号测量中,强噪声和微弱振动信号混叠在正常振动信号中,给振动系统的微弱信号采集与分析造成了困难.针对该问题,设计一种基于TMS320F2812的四通道实时数据采集系统.该系统能够用于强噪声存在下的微弱振动信号采集,能够根据被测信号振幅变化自动调整控制放大器的增益,具有自适应数据测量与处理的功能,因而有较广泛的应用价值.     

用激光散斑法测量位相物体厚度

论述了激光散斑技术在计量方面的应用.首先介绍了应用二次曝光散斑图测量物体表面的面内位移的原理和方法;在此基础上论述了激光散斑技术针对透明固体的厚度及其非均匀性的测量.其次做了一些实验和理论探索,并根据实验结果进行了详细的计算,实验结果与理论符合较好.由实验检测结果可知这种技术的精度非常高,可广泛应用于表面粗糙度研究、缺陷检测、微振动分析等无损检测领域.     

大量程脉冲激光测距仪性能检测方法

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时,使得距离模拟与能量模拟自成回路,实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明:设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟,回波延时精度优于2 ns,最大测程的测准率可达90%,满足了激光测距仪性能测试的检测需求。     

基于相位和强度调制的微波测频技术研究

为了更好地对微波信号进行频率测量，采用了一种基于相位调制和强度调制相结合的瞬时测频方法。一束连续波光源通过耦合器被分成两路，未知微波信号分别同时经过相位调制器和强度调制器从而对载波进行调制，之后进入两段长距离的单模光纤中。在光纤中由于色散引起的微波功率损耗的特点，可以获得单调变化的频率-幅度的映射关系，继而通过光电探测的微波信号输出功率比得到幅度比较函数；另外还分析与实现了测频范围与测频精确度的优化。结果表明，该方案结构简易，能够快速精准地测量出未知信号的频率，测量范围可以达到0.5GHz~53GHz，测量误差小于±200MHz。该方法可以有效地测量微波信号频率，可靠性强，适用范围广。     

基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究

校准是保证振动传感器测量结果准确和可靠的重要手段。针对传统中频校准装置无法提供高加速度振动激励以及高加速度振动量值无法溯源的问题,开展基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究。基于谐振原理建立谐振式高加速度振动发生装置,实现高加速度振动发生;建立外差激光干涉法绝对振动校准系统,通过对外差激光干涉信号的直接采集和解调,实现了高加速度振动测量和校准。实验结果表明,该系统能够在140-2929 Hz频率范围、100-10000 m/s²加速度范围内实现振动传感器的灵敏度幅值与相位的有效校准。     

面向大振幅、长周期振动校准的零差正交激光干涉测振方法

针对零差正交干涉测量应用于超低频超大振幅标准振动台性能测试时非正交相移误差补偿困难、所需采样率极高的问题,提出了一种欠采样零差正交激光干涉测振方法。在设计消偏振分光测量光路的基础上,提出波片偏航调整方法,进行非正交相移误差的硬件实时补偿;提出基于运动状态预估的卡尔曼正交信号解调算法,对深度欠采样的干涉条纹进行相位信号解调,以大幅降低所需的采样率及产生的数据量。实验和仿真结果表明,文中方法可大幅降低零差正交干涉的非正交相移误差及其对波片角度偏差的灵敏度,且在测量超低频振动时,卡尔曼正交信号解调算法所需的采样率和每通道数据采集点数降低至奈奎斯特采样定理的0.056%。文中提出的欠采样零差正交激光干涉测振方法较好地满足超低频超大振幅标准振动测试的需求。     

基于Nd:YVO4激光回馈效应的远距离振动测量研究

基于 Nd:YVO₄激光回馈技术,提出了一种实现对远距离微小振动位移直接测量的新方法。相位 测量技术和 移频激光回馈技术的采用,使本文方法不仅有高的分辨率,还有非常高的灵敏度。利用本文 方法对远距离不同目标 进行系统信号信噪比(SNR)测试后,对远距离声音振动进行 测试,清晰还原了声音信号。最后分析了本文方法的 可靠性和测量范围,采用滤除低频噪声的方法,使在15.7m处外界环 境对系统的影响降低到50nm。     

单频长基线激光干涉仪的在线稳定性监测方法

研究了一种长基线激光干涉仪的在线稳定性监测技术,可用于纳米量级的位移和振动测量。构建了一个臂长22m的激光干涉仪用于位移和振动测量。基于相位生成载波(PGC)解调技术,通过在相位调制载波中增加已知频率、固定幅值的指示信号,利用指示信号的幅度变化,实现激光干涉仪的工作状态监测,以及测量环境的变化与波动的指示。实验结果表明,加入已知幅度频率的指示信号可以实现激光干涉仪在线运行状态的监测。该方法的优点是没有增加硬件负载,可实现激光干涉仪的在线稳定性监测,简化了干涉仪调试过程,提高了运行效率。     

一种硅微机械谐振器的单光源激振测振方法

提出一种用于硅微机械谐振传感器研究的单光源激振测振新方法,即微谐振器的激励及其谐振信号的测量使用同一光源。该方法采用全光纤斐索干涉仪结构,将干涉信号与光源强度变化信号进行运算后,通过选频技术解调出谐振器的振动信息,同时采用贝塞耳函数比值法扩大了振动幅度的测量范围,省去了一些难以获得准确数值的工作参数的计算。采用该方法实现了微悬臂梁结构形式的谐振器件的单光源激振与测振,获得了器件的谐振频率约为8.81kHz以及谐振状态下的振动幅度约为135nm。实验结果与采用其他双光源激振测振方法基本一致,新方法的可行性得到了验证。     

环形掺铒光纤激光器自混合散斑及动态目标距离测量

研究了一种基于环形腔的光纤激光器自混合散斑动态目标距离测量方法。提出环形掺铒光纤激光器自混合散斑效应的实验模型,对环形光纤激光器内自混合散斑信号的产生进行了理论分析,并通过实验得到了动态自混合散斑信号。应用动态散斑信号的频谱能量密度分析,得到垂直扫描光束探测距离与频谱能量密度的线性关系。研究结果表明,应用光纤激光器和自混合散斑效应,可以对动态目标的距离进行高精度测量。