基于脉冲计数的零相位差跳变补偿外差干涉信号处理方法

在基于脉冲计数的外差干涉信号处理中,提出了一种零相位差跳变补偿的大小数相位结合处理方法,可实现外差干涉信号处理中大小数的准确结合。大数测量采用对两路干涉信号进行脉冲计数同步对减的方法实现,小数测量采用混频降频方法来提高测量分辨率,并采用锁相环对拍频信号跟踪产生用于混频降频的动态基准信号,解决外差信号拍频变化的问题,以提高小数测量分辨率的稳定性。基于信号发生器对实现的外差干涉信号处理方法进行了验证,包括测量精度、大数计数、小数相位测量。构建了双通外差干涉位移测量光路,通过对精密导轨位移的测量来验证大小数结合处理方法的有效性和信号处理方法在外差干涉位移测量应用中的可行性。     

激光外差探测超声位移的原理、方法和实验

本文介绍了激光外差探测超声位移的原理，用布喇格声光衍射盒作为激光移频，锁相环作调相信号解调等方法组成的外差干涉探测装置和实验结果，并分析了空间准直性对激光外差干涉信噪比的影响以及减小探测极限和抑制噪声的途径。     

振幅指数衰减正弦干涉信号线性预测模型的求解

在光谱成像的光谱分辨率增强技术中,对振幅衰减干涉信号的线性预测是其中的关键之一.文中在已知振幅指数衰减正弦干涉信号的个数、波数和衰减率的前提下,给出了线性预测系数直接计算公式及其前向线性预测系数与后向线性预测系数之间的关系;定义了该类正弦迭加信号的前向和后向线性可预测性条件.研究结果表明,振幅指数衰减的正弦迭加信号的前向和后向线性预测系数不再是简单的共轭对称关系了,但是二者依然是有联系的.该研究为一般的衰减干涉信号的光谱分辨率增强算法提供了理论基础. 关键词： 光谱分辨率增强 线性预测 可预测条件 预测系数     

激光双频率外差法精密位移测量研究

基于激光干涉的测量技术目前已在观测测量中被广泛应用,测量设备也向着便携化、智能化和集成化的方向发展。目前的激光干涉测量设备大多是利用迈克尔逊干涉仪的原理,然而,该方法通常是将干涉信息在空间域上进行处理,对实验平台搭建和测量环境的要求也较为苛刻,在工业生产环境中运用时易受工业设备位移时产生的高频震动影响。因此,提出一种基于激光双外差干涉的位移量精密测量系统,利用两组激光外差信号来构成两组干涉仪,探测器接收到回波拍频信号后进行时间域的平均与频域解调,提高测量系统的鲁棒性,使得测量系统的准确度达到0.01 mm。     

音叉受迫振动的干涉测量

通过干涉测量法得到音叉振动的幅频特性曲线,同时测量位移振幅和速度振幅.实验中使用高品质因子音叉,激励信号的电压也降到了mV量级,既可以让音叉经过较长时间消除暂态过程,又可以减缓音叉由于长时间激励所带来的升温现象.使用干涉测量法测量音叉受迫振动振幅,并给出2种数据处理方式.该方法具有驱动功率小,测量精度高,直接测量位移量,同时测量两方面信号的优点.     

改进Bessel函数法激光干涉测振

一、引 言 激光干涉法是测量振动的有效方法,它具有精度高、空间分辨率高、与被测物体不接触等优点,故在振动测量上的应用日趋广泛.激光干涉法一般分为外差法及零差法两大类,外差法可测瞬态振动,且能辨别振动位相,但设备较复杂.零差法所需设备简单. 零差法的光电信号,对于大振幅,可用计数器直接记录干涉条纹数的办法,但对光波波长量级或更小的振幅,则需对条纹进行细分,这需用较复杂的专用电子设备. 零差法光电信号处理的另一常用方法是Bessel函数法[1],这类方法的优点是设备简单,但此法不能用于较大振幅的测量.本文提出一个改进的Bessel函…     

激光外差干涉快速超精密测量模型研究

为了精确地描述激光外差干涉在快速超精密测量中的位移测量．建立了激光外差干涉快速超精密测量模型。传统外差干涉测量模型采用舍去高阶误差的方法,便于分析与快速计算,但存快速纳米精度测量中,高阶误差已经影响到测量精度．根据多普勒频移公式,通过分析激光外差干涉的测量原理．在已有的激光干涉测量模型上增加了u^2/c的积分项．相当于将传统测量模型进行了高阶误差补偿。通过理论分析可知,当最高测量速度为1m/s,运行位移为3m时,该测量模型能够减小约18nm的测量误差,解决了传统测量模型存存的残余误差累计问题,从而为激光外差干涉在快速超精密测量领域的应用提供了一种理论依据。     

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的强度测量研究

根据光外差检测原理，分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测，直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统，对位移信号进行了测量。实验结果表明：当位移信号较小时，干涉测量的灵敏度分别为62．068μW／mm和9．90mV／mm，而非干涉测量的灵敏度分别为4．30μW／mm和0．35mV／mm；当位移信号较大时，干涉测量的灵敏度分别为2．643mV／mm和0．055mV／mm，非干涉测量的灵敏度分别为12．326mV／mm和4．194mV／mm，测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。     

二维复用半导体激光器线性调频光纤位移传感器的研究

利用半导体激光器线性调频外差干涉原理和频域多路复用原理,研究了光纤位移传感器多路复用技术,制作了两路复用光纤位移传感器,研究和解决了多路复用时信号串话问题.实验证明,各路之间串话引起的误差小于±0.02μm,每路测量误差小于±0.05μm.     

基于多光束混合外差干涉的相位增强技术研究

激光外差干涉测量技术是微振动探测的重要手段,随着微纳应用的拓展,人们对精密测量系统的相位检测灵敏度提出了更高的要求.传统提高测量灵敏度的方法有优化外差干涉系统方案、改进相位重建算法和降低关键器件噪声等.本文提出了一种多光束混合干涉的相位增强方法,经过理论推导和实验验证得到如下近似条件:校正光与信号光的初相位相差πrad情况下,两光束的功率越接近,系统对目标的弱振动振幅响应越大.实验设计的两光束功率相差1%时,观察到了最大146倍的增强效果,该方法在微振动物体高灵敏度测量上具有较大的应用价值,在现有器件指标和相位解调算法不变的基础上可大幅提高外差干涉测量系统的探测能力.     

相位型宽频带激光测振仪的研究

在理论上详细描述了一种新型的激光偏振移相干涉测振系统.通过计算机对两路正交干涉光电信号的接收和正弦逼近法数字处理,在1Hz～10KHz宽频带内测量振动台的振幅和初相位,从而实现加速度传感器复合灵敏度的绝对校准.运用琼斯矩阵证明干涉系统中通过偏振片调整可保证两信号的正交性.     

基于人工神经网络的大量程光纤实时距离干涉测量仪

提出了一种基于人工神经网络的全光纤化大量程实时距离干涉测量仪.采用双正弦相位调制方法,即通过同时调制半导体激光器的波长和干涉仪的光程差实现外差测量.为了扩大干涉仪的测量范围和消除输出信号中的交叉敏感,采用人工神经网络进行信号处理,把两路经过初步解调的干涉信号作为输入样本,物体距离的实际值作为输出样本,对神经网络进行训练,以使其具有良好的推广能力.实验结果表明神经网络的使用不仅扩大了距离的测量范围而且提高了测量精度.     

基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量

光反馈自混合干涉技术是一种新浮现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行振动的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量方法。经对光反馈自混合干涉信号条纹分析,发现通过选定合适的光反馈水平及激光器线宽展宽因数,可以得到锯齿干涉条纹。这种干涉信号不仅包含振动幅度信息也包含振动方向信息。该振动测量方法利用锯齿干涉条纹的特点,首先通过条纹记数实现大范围振幅粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的线性表达式,从而实现位移的精测。仿真计算表明,该方法可以实现大量程高分辨力振动位移测量,在叠加20 dB的噪声下,振幅测量相对误差平均为0.5%。     

采用双方波信号和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅

提出了一种采用双方波信号和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)的方法,并进行了实验验证.单个方波周期设置为相邻WFBG间光纤中激光往返传输的时间,对单个方波进行猝发操作形成双方波,则前WFBG反射的后方波与后WFBG反射的前方波重叠干涉.采用B-样条小波变换降低干涉信号的噪声,利用Hilbert变换对干涉信号进行π/2相移,对原干涉信号和相移后干涉信号比值进行反正切运算,得到干涉信号的相位信息.将间隔为50m的5-WFBG阵列置于木地板上,分别接收不同振幅和频率的正弦声波,采用上述方法解调的干涉相位信号能较好地反映声波信息.该解调方法解调光路简单,数据处理简单.     

多普勒振镜正弦调制多光束激光外差测量玻璃厚度的方法

本文提出了一种多普勒振镜正弦调制多光束激光外差测量玻璃厚度的新方法. 基于激光外差技术和多普勒效应, 通过做简谐振动的多普勒振镜对不同时刻入射光的频率进行正弦调制, 把待测厚度信息加载到外差信号的频率差中, 通过快速傅里叶变换对外差信号解调后可以同时得到多个待测玻璃厚度值, 经加权平均处理可以提高待测厚度的测量精度. 利用这种新方法, 通过MATLAB仿真测量了不同玻璃厚度值, 结果表明：该测量结果的最大相对误差小于0.008%.     

基于外差干涉的微振动测量技术研究

针对外差干涉的微振动测量存在稳定性低、严重受环境噪声影响等缺点,提出了对光路的改进方案。根据差分原理将其改为双光路,消除环境噪声的干扰;通过偏振分光棱镜（PBS）将椭圆偏振光变为线偏光,提高干涉信号幅值;改进频移装置(AOM),抑制频率漂移;增加光阑,滤除杂散光,提高系统信噪比。通过探测5 kHz压电陶瓷振动信号,以及2.5 MHz高频激光超声信号进行实验验证,结果表明:信号稳定且无纹波,系统分辨率为2.3 nm,信噪比提高16.7倍。两路干涉信号幅值分别为552 mV和736 mV,较传统外差干涉信号幅值提高近10倍,有利于纳米量级微振动信号的检测。     

正弦相位调制型激光自混合干涉仪的实时位移测量技术

采用正弦相位调制技术与时域解调相位方法相结合,提高激光自混合干涉仪在大量程位移测量中实时测量的准确度和速度。通过在激光器外腔中放置的电光晶体调制器对光束进行正弦相位调制,采用时域解调相位方法解调干涉信号相位。同时满足了大量程位移测量过程中的速度要求以及实现干涉仪位移测量的实时性。实验上,用PI公司高分辨率的商用电动位移平台标定的结果验证了该正弦相位调制激光自混合干涉仪在百毫米级大尺度位移测量中可达到小于0.5μm的位移测量误差。对干涉仪在实时位移测量中的影响测量速度的因素进行了分析,得出了本干涉仪的测速上限。     

孔径透射率调制对外差探测的影响

信号光与本地光的夹角是影响探测器输出外差信号强度的主要因素。当夹角过大时,甚至不能检测到外差信号。通过分析提出,外差信号的振幅实际上是接收孔径透射率函数的傅里叶变换,以此为依据提出一种降低失配角对外差信号影响的方法,即在接收孔径处放置透射率分布满足一定函数形式的透过型元件,使其傅里叶频谱满足预定的要求,这种情况下两光束夹角增大时,探测器输出的外差信号强度能得到增强,从而降低了对探测系统瞄准精度的要求。     

以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪

提出并在实验上实现了一种以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪。原理上它不要求相位解调一次和二次谐波分量振幅在实验中必须保持相等，从而将动态范围提高了３－４个数量级且不损失精度。用压电陶瓷和微电机驱动位移。     

变光外差为电外差的双频激光探测

演示一种双频激光位移探测系统,阐述光载波激光雷达的概念。由单块非平面环形腔固体激光器和声光调制器产生100MHz载波频率的双频激光束,作为探测光束,经过光路收发系统,探测位于电动导轨上目标的位移变化,信号处理部分采用高速光电探测器响应后信号的电子外差解调方式,位移量的获得通过高频锁相放大器解算参考光束与信号光束的相位差并计算获得。通过双频激光把光学外差探测变为了电子外差探测,系统重复误差小于3%。系统在利用无线电雷达信号处理方式的同时,保留了激光探测的优点,位移测量系统具有良好的重复性。