光栅衍射多普勒效应位移测量的理论分析和实验结果

本文研究了一种利用光栅衍射的多普勒效应进行位移测量的新方法.文中进行了光路结构和测量原理的理论分析,得出测量公式,证明了用光栅拾取多路差拍信号的相位关系.实验结果表明,它具有高的信号质量,可有效地用于位移的精密测量.     

激光双光栅法测微小位移中光拍信号波形改进

通过理论分析和计算机模拟方法,对激光双光栅法测微小位移实验中出现的不规则光拍信号波形,即“毛刺”现象进行讨论,提出了改进双光栅微振动实验的方法,并获得了好的结果     

光栅位移激光多普勒遥测技术的研究

研究了利用运动光栅的多普勒效应进行切向位移的遥测技术。提出了测量光路，采用声光调制器作为分光和频移器件并用于鉴向，实现了５０ｍ的远距离光栅位移遥测。达到测量分辨率０．８μｍ，光栅位移４０ｍｍ，最大累积误差优于３４μｍ。并用理论分析和实验，证明了远距离目标的焦深及其计算方法，导出了计算公式。     

基于希尔伯特变化的微小振动激光多普勒信号处理

为了实现对固体目标微小振动参数的测量,建立了微小振动的激光多普勒信号模型。采用希尔伯特数字运算,将激光多普勒振动信号的即时信号采样转化为信号的谱采样。通过频谱计算得到每个振动周期中瞬时频率的平均数,应用差值采样序列积分计算得到振动频率,最后根据振动信号频率变化与振幅的关系得到振幅。采用希尔伯特方法对实验测试结果进行处理验证,并分析了误差来源。实验结果表明：实验测量目标的振动振幅约为1.85×10-4m,转动的圆频率约为170 Hz。因此,应用希尔伯特变换方法处理测量的目标微小振动信号,获取目标运动的参数是可行的。     

全光纤激光多普勒测振仪空气耦合振动检测

采用外差探测方式, 建立了全光纤结构的激光多普勒测振仪,用来测量经空气传播耦合引起的散射体振动,以期感知振源振动信息。实验探索了散射体材料、固定方式和相对振源位置等对空气耦合振动的影响,得到了200~2700 Hz频率范围内6种散射体振动响应特性曲线。结果表明:通过空气耦合引起的散射体振动,在相同振源振幅下,散射体振动的振幅一般随频率升高而升高; 在材料、固定方式和相对振源位置等因素中,散射体材料对振动响应特性的影响是主要的,后两者只影响局部细节。     

平行光路方向运动的光栅多普勒效应及其在测微小位移中的应用

研究了光栅平行光路运动时产生的光的多普勒效应,用实验进行了验证,并将该原理应用到对微小位移量的检测中. 对原理进行了拓展,得到光栅以任意角度运动产生光的频移的普适公式.     

用激光多普勒效应远距离测量固体散射表面的位移

利用激光多普勒效应实现了远距离固体表面的横向位移测量。从理论上分析了双光束差动结构的多普勒频移 ,设计了声光调制、双光束差动、大口径接收的光路系统和计算机实时跟踪补偿的位移测量系统。分别对普通纸张表面和金属表面进行实际测量 ,测量距离为 10m ,测量精度为± 0 .4%。     

简便的激光多普勒效应实验装置

利用差频方法测量激光多普勒频移,通常采用的一种典型光路,就是迈克尔逊光路。迈克尔逊光路可以在全息台或光具座上布置,但需配备立方角反射器和复杂的传动装置。这给实验带来很大的麻烦。一种更简便的办法就是直接利用迈克尔逊干涉仪来做实验。     

载体振动对差动激光多普勒测速仪的影响

 为了减小载体振动对传统差动激光多普勒测速仪(LDV)测速精度的影响,提出了Janus配置的差动LDV,并对其速度测量的相对误差进行了理论分析与数值仿真。结果表明：Janus配置技术可以近似反演出载体上下振动时的俯仰角,并对速度进行补偿;载体上下振动对传统差动LDV的测量精度有较大影响,而对Janus配置的差动LDV的影响较小;在Janus配置的差动LDV中,当存在俯仰角且大小一定时,随着载体上下起伏速度与运行速度比值增大,速度测量的相对误差增大;当载体上下起伏速度与运行速度的比值为0.01,俯仰角小于10°时,Janus配置的差动LDV的速度测量的相对误差小于0.2%。     

基于激光多普勒技术扭振测量的研究

提出一种基于激光多普勒技术和光学外差原理对高速回转机械进行扭振测量的新方法,分析了工作原理,推导出光路部分的数学模型,并通过实验分别验证了测量方法的可行性和准确性。高相干激光投射到转轴同一个截面上2点,反射光的多普勒频移正比于转轴转速,通过光学配置,使前后两个时刻的多普勒频移光信号在光探测器上发生光学混频,光电流拍差正比于转轴在两个时刻的速度差,控制两个时刻时间差很小,直接得到角加速度。与其他激光多普勒扭振测量方法相比,该方法直接测量转动角加速度,在保证测量精度的前提下,提高了扭转振动测量的实时性,极大地扩展了扭振测量的动态范围,对大型回转机械运行状态监测和故障诊断具有重要意义。     

频移分离型三维激光多普勒测速仪研究

研究一种采用频移分离方法的新型三维激光多普勒测速仪（３ＤＬＤＶ）。该仪器以单色Ｈｅ－Ｎｅ激光器和单只光电探测器并配合简单的光学发射和接收系统即实现了三维速度分量的同时测量。三个分量的速度信号由声光调制器引入的三种光学频移区分，通过电子滤波器完成信号的相互分离。在光学发射系统设计中采用独特的单轴四光束结构，通过光束组合形成三双光束差动模式的激光多普勒测速仪光。本文中还给出了该仪器的系统设计参数并分析     

A Reference Optical System of Laser Doppler Longitudinal Displacement Measurement

1　Ｆｏｒｅｗｏｒｄ　　ＤｏｐｐｌｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｈｉｆｔａｎｄｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｉｘｉｎｇｍｕｓｔｂｅｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｏｆａｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｅｆｆｅｃｔ.Ｉｎａｔｙｐｉｃａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ ,ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｍｕｓｔｂｅｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｆｏｃａｌｐｌａｎｅｏｆｌｅｎｓｔｏｅｎｓｕｒ…     

二次光栅在波前测量中的应用

采用一种特殊的二次光栅用于激光波前测量,它对非零级衍射光束具有不同的聚焦效应,其光栅线为圆弧型而非直线。导出了在会聚光束情况下的两平面成像在单一像平面上的距离关系,实验上实现了二次光栅用于会聚光束的波前测量,测量得到会聚光束具有较大的散焦(-2.93λ)和球差(1.34λ),与该透镜引起波前的离焦像差理论理想值(-2.695λ)基本符合。该技术可以实现波前的高空间分辨力和高精度实时测量,大大减少光学元件数量,降低装置成本。由于大功率激光束的不稳定性,其波前变化非常快,所以该方法的实时性非常适合于这种波前变化的测量。     

基于激光差动多普勒效应的微机电系统动态测试技术

提出了一种用于测量微机电系统(MEMS)器件瞬时速度、位移的测量系统。采用激光差动多普勒技术,检测谐振器在平面内的振动,测量垂直于系统测量光轴方向的振动速度。并在差动多普勒测量光路的基础上加入了CCD监测光路,实时观察被测器件调整过程和振动情况。通过处理电路从光学系统输出的高频信号中提取多普勒信号,利用Labview和Matlab软件对采集的多普勒信号进行时频分析,得到被测器件的运动参量。通过对测点的微定位,对MEMS器件进行整平面的扫描,得到器件振动的瞬时速度场,为进一步对MEMS器件的高阶谱振动分析及扭转分析提供了一定的基础和必要的支持。     

用衍射光栅和CCD测量透明材料折射率

介绍了一种基于衍射光栅干涉和CCD图像测量的测量透明材料折射率的方法。这种方法使用的仪器少,操作简单,配合CCD与图像处理的运用,尝试的两种测量方案都使精度能够达到10^-4。两种测量方案对同一玻璃基片的测量结果基本吻合,而第二种测量方案的测量精度要优于第一种,这是因为就我们目前的实验条件而言,CCD判别条纹移动的精度对折射率测量的影响要小于角度测量精度对之的影响。该方法还可以测量各向同性透明薄膜样品的折射率,为探索新型有机薄膜的折射率及其有关特性提供便利的手段。讨论了测量的基本原理和样品的测量结果,并对实验方法误差进行了分析。     

两步相移实现投影栅相位测量轮廓术

提出一种新的投影栅相位测量方法--两步相移法。该方法只需两幅相移条纹图，因此计算量小，速度快。给出了实验及计算结果，并同四步相移法进行了比较，证明了该方法具有较高的精度。     

Analysis of Focal Depth of Remote Displacement Measuring System Based on Grating Doppler Effect

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｒｅｌｅｖａｎｔｔｏｏｐｔｉｃｓ，ｌａｓｅｒ，ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｎｄｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｉｎｇ．...