發(fā)布時間：2020-05-20 16:51

【摘要】：微振動測量是工程技術(shù)領(lǐng)域重要的研究方向,常用的微振動測量方法是利用光的干涉進行非接觸式無損測量。激光自混合干涉(Self-Mixing Interference,SMI)測量以結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、耐腐蝕、穩(wěn)定運行在惡劣環(huán)境下等多種優(yōu)勢,引起微振動測量領(lǐng)域?qū)＜覍W者濃厚的研究興趣。與常用的半導體激光器相比,全固態(tài)激光器具有頻率穩(wěn)定性高、能量存儲能力強、線寬窄等優(yōu)點,成為激光自混合干涉微振動測量系統(tǒng)的首選光源,因此設(shè)計并開發(fā)全固態(tài)激光器自混合干涉微振動測量系統(tǒng)具有廣闊的工程應(yīng)用前景。論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾方面:首先,在綜述激光自混合干涉測量技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,設(shè)計了用于低頻微納米量級振動測量的二極管端面泵浦Nd:YAG微片激光器自混合干涉測量方案,建立了SMI振動測量的數(shù)學模型,并進行了數(shù)值仿真,仿真結(jié)果表明了 SMI模型的有效性和微振動測量方案的可行性;其次,建立了二極管端面泵浦Nd:YAG微片激光器自混合干涉微振動傳感實驗系統(tǒng),并進行了實驗研究,實驗獲得了性能穩(wěn)定的自混合干涉信號;設(shè)計了自混合干涉調(diào)理電路,包括電流電壓轉(zhuǎn)換、信號放大、濾波等電路,并對其進行功能測試,測試結(jié)果表明,調(diào)理電路設(shè)計合理,能夠?qū)MI信號提供良好的預處理;最后,設(shè)計了基于FPGA的SPI串行數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)和自混合干涉振動測量算法,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后求得微振動的頻率和幅值。在現(xiàn)有實驗條件下,頻率測量范圍為30～200 Hz,振幅測量范圍為0～15μm,測量頻率的相對誤差不超過0.63%,測量振幅的相對誤差不超過9.36%。達到了預期實驗?zāi)繕�。綜上所述,本論文設(shè)計的全固態(tài)激光器自混合干涉微振動測量方案可行。該項研究是一種具有實用意義,且價格相對低廉的高精度微振動測量系統(tǒng)設(shè)計,為以后進一步開展微振動測量研究與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

干長度的一半，光反饋較弱且可以忽略多次反饋時，SM時，可將被測物體視為激光器的外腔，，構(gòu)成三鏡 F-P 腔示激光器本身的等效物理模型，為等效三鏡 F-P 腔的發(fā)光面 B 與外部被測物體 M 之間構(gòu)成等效三鏡 F-P 腔激光腔內(nèi)增益介質(zhì)的復數(shù)折射率,圖中 r1、r2、r3分別表值反射系數(shù)。

圖 2-2 Nd:YAG 晶體的吸收譜Fig.2-2 Absorption spectra of Nd:YAG crystal:YAG 激光器具有多種泵浦方法，其中，LD 泵浦以高效、小尺寸、是全源的特征成為最優(yōu)選擇。本次實驗選用的是 LD 泵浦的 Nd:YAG 激光器。一些物理和光學特性見表 2-1。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN248

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本文編號：2672915