【摘要】：光反饋?zhàn)曰旌细缮?Optical Feedback Self-Mixing Interference,簡(jiǎn)稱OFSMI)效應(yīng)是指激光器發(fā)出的光被物體表面散射或反射之后,其中一部分光耦合至諧振腔內(nèi)與腔內(nèi)激光產(chǎn)生混合(干涉),調(diào)制激光器輸出功率的現(xiàn)象。但是,通常被測(cè)物表面是粗糙的,OFSMI信號(hào)會(huì)受到散斑效應(yīng)的影響。它雖然帶有被測(cè)物體的表面特征,但散斑的存在會(huì)顯著降低OFSMI信號(hào)并導(dǎo)致信號(hào)幅度的變化以及測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)的變化(如光反饋水平C值的變化),導(dǎo)致測(cè)量精度的降低。要想得到精確的位移,需對(duì)得到的OFSMI信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。受散斑影響的OFSMI信號(hào)體現(xiàn)了被測(cè)物體產(chǎn)生較大位移時(shí)干涉信號(hào)的特點(diǎn)和被測(cè)物表面特征,故對(duì)受散斑影響的OFSMI信號(hào)的研究,在光反饋?zhàn)曰旌细缮嫖灰茰y(cè)量、振動(dòng)測(cè)量以及物體表面形貌測(cè)量等傳感測(cè)量方面具有一定的理論意義及應(yīng)用前景。本文主要研究散斑處理及位移測(cè)量算法,該算法具有簡(jiǎn)單有效、大量程位移測(cè)量、精度高等特點(diǎn)。對(duì)于被測(cè)物體的振動(dòng)頻率可能發(fā)生變化的情況,本文采用歸一化LMS算法對(duì)振動(dòng)頻率發(fā)生變化的實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波。主要的工作內(nèi)容如下:(1)受散斑影響的OFSMI信號(hào)的位移重構(gòu)算法設(shè)計(jì)。為了獲得較高精度的位移測(cè)量,提出了一種基于包絡(luò)轉(zhuǎn)換檢測(cè)的算法,能夠正確提取和處理受散斑影響的OFSMI信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該算法不僅能處理OFSMI信號(hào)中的散斑效應(yīng),還能夠在時(shí)域中識(shí)別物體的運(yùn)動(dòng)方向,即使在0(27)C(27)0.2的弱反饋機(jī)制條件下也可辨別物體的移動(dòng)方向;該算法為OFSMI信號(hào)提供了62nm的測(cè)量精度,斑點(diǎn)誘導(dǎo)調(diào)制深度為20.33,可恢復(fù)10~(-6)m到10~(-3)m范圍內(nèi)的位移,提高了位移測(cè)量的精度,可用于較大量程位移測(cè)量。(2)針對(duì)被測(cè)物體振動(dòng)頻率發(fā)生變化的情況,為提高物體位移測(cè)量精度,采用歸一化LMS算法對(duì)其干涉信號(hào)進(jìn)行濾波。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)被測(cè)物體的振動(dòng)頻率發(fā)生變化后,歸一化LMS自適應(yīng)濾波器的權(quán)值系數(shù)能夠在較小的數(shù)量級(jí)(10~(-3))內(nèi)迅速調(diào)整為合適的值,其濾波效果與處理單一頻率的效果幾乎無(wú)差別。(3)條紋計(jì)數(shù)位移測(cè)量算法的硬件設(shè)計(jì)。本文基于條紋計(jì)數(shù)算法的理論模型,提出了一種條紋計(jì)數(shù)位移測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理集成化模塊的設(shè)計(jì)方案。使用System Generator開(kāi)發(fā)工具,在Simulink環(huán)境下對(duì)數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),整合所有模塊設(shè)計(jì),對(duì)仿真數(shù)據(jù)源和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了仿真檢測(cè),檢測(cè)證明了硬件能夠正確地實(shí)現(xiàn)基于條紋計(jì)數(shù)的位移測(cè)量算法。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

圖 1.7 散斑圖斑點(diǎn)的形成必須滿足兩個(gè)條件：1）激光必須照射到能夠散射的粗糙表面上糙程度要大于光波的波長(zhǎng)；2）入射光源的相干性程度必須高。兩個(gè)條件個(gè)都不會(huì)發(fā)生干涉，形成不了散斑圖樣。

（a）主觀散斑（b）客觀散斑

粗糙表面自混合干涉測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置

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