【摘要】：光反饋?zhàn)曰旌细缮?Optical Feedback Self-Mixing Interference,簡稱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,通常被測物表面是粗糙的,OFSMI信號會受到散斑效應(yīng)的影響。它雖然帶有被測物體的表面特征,但散斑的存在會顯著降低OFSMI信號并導(dǎo)致信號幅度的變化以及測量系統(tǒng)參數(shù)的變化(如光反饋水平C值的變化),導(dǎo)致測量精度的降低。要想得到精確的位移,需對得到的OFSMI信號進(jìn)行預(yù)處理。受散斑影響的OFSMI信號體現(xiàn)了被測物體產(chǎn)生較大位移時(shí)干涉信號的特點(diǎn)和被測物表面特征,故對受散斑影響的OFSMI信號的研究,在光反饋?zhàn)曰旌细缮嫖灰茰y量、振動測量以及物體表面形貌測量等傳感測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量算法,該算法具有簡單有效、大量程位移測量、精度高等特點(diǎn)。對于被測物體的振動頻率可能發(fā)生變化的情況,本文采用歸一化LMS算法對振動頻率發(fā)生變化的實(shí)測信號進(jìn)行濾波。主要的工作內(nèi)容如下:(1)受散斑影響的OFSMI信號的位移重構(gòu)算法設(shè)計(jì)。為了獲得較高精度的位移測量,提出了一種基于包絡(luò)轉(zhuǎn)換檢測的算法,能夠正確提取和處理受散斑影響的OFSMI信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該算法不僅能處理OFSMI信號中的散斑效應(yīng),還能夠在時(shí)域中識別物體的運(yùn)動方向,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方向;該算法為OFSMI信號提供了62nm的測量精度,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,提高了位移測量的精度,可用于較大量程位移測量。(2)針對被測物體振動頻率發(fā)生變化的情況,為提高物體位移測量精度,采用歸一化LMS算法對其干涉信號進(jìn)行濾波。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)被測物體的振動頻率發(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(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差別。(3)條紋計(jì)數(shù)位移測量算法的硬件設(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)位移測量的數(shù)字信號處理集成化模塊的設(shè)計(jì)方案。使用System Generator開發(fā)工具,在Simulink環(huán)境下對數(shù)字信號處理模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),整合所有模塊設(shè)計(jì),對仿真數(shù)據(jù)源和實(shí)測數(shù)據(jù)源進(jìn)行了仿真檢測,檢測證明了硬件能夠正確地實(shí)現(xiàn)基于條紋計(jì)數(shù)的位移測量算法。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248
【圖文】：

圖 1.7 散斑圖斑點(diǎn)的形成必須滿足兩個條件：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；2）入射光源的相干性程度必須高。兩個條件個都不會發(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量的實(shí)驗(yàn)裝置

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