基于光反馈自混合干涉的位移测量算法设计及滤波

为实现适度光反馈机制下位移的测量,研究设计了基于相位解卷的位移测量算法。为了提高测量精度,对光反馈自混合干涉信号进行了预处理,重点研究了光反馈自混合干涉信号的滤波问题。通过仿真和实验,验证了本文方法的可行性。在光反馈自混合干涉位移测量系统中,使用本文所设计的方法可以重构出高精度的物体振动轨迹。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的微位移测量

光反馈自混合干涉技术是一种新出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位移的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量方法。采用条纹记数法实现大范围位移粗测,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方法,从而提高位移测量的分辨力。用绝对精度达3nm的商用压电陶瓷驱动器比对实验,结果验证了这种三角波调制外反射体在普通实验室环境噪声中可以达到纳米级的位移测量精度。实验数据处理结果表明,对于3μm以下的位移,该算法位移测量相对误差约为1.20%。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量系统

基于适度光反馈自混合干涉(OFSMI)技术,设计了一种位移测量方法.该办法通过对自混合干涉信号的整数条纹部分进行计数和对小数条纹部分进行细分,实现大量程高分辨率的位移测量.对小数条纹分析时,运用数据拟合方法,找出干涉波形特征点与被测物位移之间的关系,从而实现对小数干涉条纹部分对应位移的测量.仿真分析和实验结果证明,此方法可对位移进行大量程高精度的测量,误差平均为0.83%.并通过设计算法对物体的任意运动轨迹进行重构.     

激光自混合干涉式位移测量数值模拟及实验研究

对激光自混合干涉式位移测量原理进行了数值模拟和实验研究。首先，从三镜法布里珀罗腔理论出发，得到了基于半导体激光自混合干涉原理的位移测量模型，在此基础上对多种波形调制外反射体位移情况下激光自混合干涉信号进行了理论分析，证实信号倾斜方向发生反转的间隔条纹数目对应反射体位移的幅值范围；反射体有半个波长的位移，信号即输出一个完整的条纹；反馈强度的增加将增大输出条纹的倾斜。对信号倾斜现象进一步分析发现，当反射体位移减小时，信号向左倾斜，反之向右。造成信号倾斜的原因是由于高反馈强度下引起的非线性相位调制了输出信号强度。这些结论同样适用于任意波形调制的反射体位移。实验测试结果同理论分析吻合较好。     

光反馈自混合干涉对称折叠算法的精度分析

为了提高对称折叠算法的精度,通过对仿真信号的测量,分析了影响算法精度的几种因素(光反馈水平因子,外腔的非线性运动,抽样速率和转折点的定位),并且给出了改进方法.仿真结果表明,在测量线宽展宽因子之前,需保证光反馈水平因子的准确测量,利用中间干涉条纹进行测量可以减少外腔非线性运动所带来的误差.这一结论对利用对称折叠算法处理实验信号有一定的帮助.     

光反馈自混合干涉对称折叠算法的精度分析

为了提高对称折叠算法的精度,通过对仿真信号的测量,分析了影响算法精度的几种因素(光反馈水平因子,外腔的非线性运动,抽样速率和转折点的定位),并且给出了改进方法。仿真结果表明,在测量线宽展宽因子之前,需保证光反馈水平因子的准确测量,利用中间干涉条纹进行测量可以减少外腔非线性运动所带来的误差。这一结论对利用对称折叠算法处理实验信号有一定的帮助。     

基于光反馈激光自混合干涉的绝对距离测量

采用光干涉技术测量绝对距离的方法有很多,但大都因为需要许多光学器件而难以实现结构紧凑、价格低的测量系统.基于光反馈自混合干涉效应的测量技术因其结构简单、成本低和精度高,近年来受到测量领域的广泛重视.文章对激光自混合干涉理论及其频率调制理论进行了分析,建立了绝对距离测量模型,并进行了计算机仿真,结果表明,利用频率调制理论可对目标的绝对距离进行测量.     

半导体激光自混合干涉的弱光反馈模型

文章针对弱光反馈情形，对基于光反馈效应的激光自混合干涉模型进行了探讨。采用双空模型，从增益阈值和振荡效率方面给出了理论模型。该模型很了地解释了激光自混合干涉现象。最后分析了一实用光纤自一干涉系统的数学模型。     

光反馈自混合干涉系统反馈水平的研究与测量

为了能够较为准确地获得光反馈自混合干涉测量系统的反馈水平,采用仿真分析光反馈自混合干涉信号和求解Lang-Kobayashi方程的方法,得出反馈水平越高,光反馈自混合干涉信号上干涉条纹的谷值与下干涉条纹峰值之差越大,当反馈水平因子大于7.8时,一些干涉条纹将消失;同时由滞回现象可以推导出反馈水平因子的测量公式,建立了测量模型,并进行了仿真和实验验证。结果表明,光反馈自混合信号干涉条纹幅度受反馈水平影响;利用提出的测量模型可以判断光反馈自混合干涉实验信号的反馈水平机制,当光反馈水平因子介于1和7.8之间时可以测出具体的光反馈水平因子值。     

光反馈自混合干涉信号预处理方法

为了提高参数估计的精确度,根据光反馈自混合干涉信号的特点,采用对原始光反馈自混合实验信号进行滤波和归一化等预处理方法,有效地滤除了噪声,使信号平坦化,而且预处理后的实验信号与理论模型仿真数据更加吻合。分别利用原始实验信号和预处理后的信号对参数进行估计,比对结果表明,使用预处理后的光反馈自混合信号进行参数估计,线宽展宽因数和光反馈水平因子C的测量精度分别提高了5.52%和4.55%。     

Estimating the parameters of semiconductor lasers based on weak optical feedback self-mixing interferometry

The paper presents a practical approach for measuring the linewidth enhancement factor /spl alpha/ of semiconductor lasers and the optical feedback level factor C in a semiconductor laser with an external cavity. The proposed approach is based on the analysis of the signals observed in an optical feedback self-mixing interferometric system. The parameters /spl alpha/ and C are estimated using a gradient-based optimization algorithm that achieves best data-to-theoretical model match. The effectiveness and accuracy of the method has been confirmed and tested by computer simulations and experiments, which show that the proposed approach is able to estimate /spl alpha/ and C with an accuracy of 6.7% and 4.63%, respectively.     

一种新的半导体激光器线宽展宽因数测量算法

在外腔波动情况下,根据光反馈自混合干涉系统不同反馈机制下的干涉信号特征,设计了由一个周期内信号特征点在靠近振动中心位置的下条纹中相对应的映射点位置测量线宽展宽因数的算法。通过仿真和实验验证：与以往算法相比,本文设计的算法不受光反馈水平机制的限制。线宽展宽因数的精确测量对于半导体激光器性能的研究与应用具有重要意义。     

光反馈干涉系统反馈水平因子的实时测量算法

基于Lang-Kobayashi方程研究了光反馈干涉信号的特征点,利用这些特征点采用相位解卷方法得出了重构光反馈相位(F用表示)的计算公式,并仿真验证了该方法,结果表明该方法重构F的剩余误差精度为10-9rad。在此基础上研究了无光反馈时系统的光相位(0用表示)与光反馈水平因子之间的关系,当预置的光反馈水平因子的大小越接近实际的光反馈水平程度时,0的一次微分信号幅值就越小,进而设计了光反馈水平因子的实时测量算法。最后在三种光反馈强度下通过仿真验证该算法,结果表明用该算法测量得到的反馈水平因子精确度可达到98.77%。     

Real-time human blood pressure measurement based on laser self-mixing interferometry with extreme learning machine

In this paper, we present a method based on self-mixing interferometry combing extreme learning machine for real-time human blood pressure measurement. A signal processing method based on wavelet transform is applied to extract reversion point in the self-mixing interference signal, thus the pulse wave profile is successfully reconstructed. Considering the blood pressure values are intrinsically related to characteristic parameters of the pulse wave, 80 samples from the MIMIC-II database are used to train the extreme learning machine blood pressure model. In the experiment, 15 measured samples of pulse wave signal are used as the prediction sets. The results show that the errors of systolic and diastolic blood pressure are both within 5 mmHg compared with that by the Coriolis method.