【摘要】：高精度測速技術(shù)在諸多領(lǐng)域均發(fā)揮著重要的作用。激光多普勒測速技術(shù)具有精度高、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點,因此激光多普勒測速技術(shù)可應(yīng)用于工業(yè)、航空等領(lǐng)域的速度測量。并且速度的精確測量在長度測量、加速度測量等方面具有重要意義。本文設(shè)計了改進型激光多普勒測速系統(tǒng),實現(xiàn)了對運動物體速度以及長度的精確測量。相比于傳統(tǒng)的激光多普勒測速系統(tǒng),本文系統(tǒng)采用平面鏡折轉(zhuǎn)光路,減小系統(tǒng)尺寸的同時實現(xiàn)測量點位置可調(diào),并且設(shè)計了實時連續(xù)的數(shù)據(jù)處理方案。首先,本文對激光多普勒測速的外差原理以及常用的測量模式進行介紹,分析對比了各種測量模式的優(yōu)缺點,重點介紹了雙光束-雙散射測量模式并給出了具體的速度測量表達式。其次,本文針對傳統(tǒng)測量光路的缺陷,提出了基于雙平面反射鏡的激光光路結(jié)構(gòu)并設(shè)計了測量點位置可調(diào)整的機械結(jié)構(gòu),同時本文采用了雪崩光電二極管(APD)接收多普勒信號,并在LABVIEW平臺設(shè)計了可實現(xiàn)實時連續(xù)測量的數(shù)據(jù)處理程序。最后,本文通過光電檢測電路功能驗證實驗、運動物體速度標定實驗、激光多普勒測速實驗以及激光多普勒測長實驗驗證了系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能,實現(xiàn)了對運動皮帶速度與長度的精確測量,對比了實測值與標定值的誤差,并分析了影響測量結(jié)果精度的因素,且長度測量結(jié)果的相對誤差低于1%。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN24
【圖文】：

以下將分別介紹其結(jié)構(gòu)與各自的特點［９］。逡逑２．４．１參考光測量模式逡逑基于參考光測量模式的實現(xiàn)方案的基本結(jié)構(gòu)如圖２．２所示，將來自激光器的同一束逡逑激光分為參考光＾和入射光通常，考慮到粒子的散射效率，入射光與參考光的分光逡逑比約為９９：１。參考光沿著初始方向直接進入探測器，入射光照射到運動的微粒上，在各逡逑個方向上均有散射光，且均有多普勒頻移。進入探測器部分的散射光與進入探測器的參逡逑考光進行外差疊加，輸出模擬信號即是兩束光的差頻信號。逡逑＾邋ｖ逡逑入射逡逑考光逡逑圖２．２參考光測量模式原理圖逡逑由式（２．６）參考光測量模式下的速度測量公式可以表示為逡逑＝＼ｖ－（ｋｃ－ｋ０）逡逑又邐NB邐（２．７）逡逑特殊地，當散射粒子的運動方向垂直于光軸時，式（２．７）可進一步表示為逡逑＿２ｖｓｉｎ（０／２）逡逑／ｄ＝邋＾邋（２．８）逡逑８逡逑

信號十分微弱，不利于后續(xù)信號的處理。并且散射光與速度之間夾角對測量結(jié)果有影響。逡逑２．４．２單光束－雙散射測量模式逡逑激光多普勒測速的另外一種實現(xiàn)方案是單光束－雙散射測量模式。如圖２．３所示，在逡逑單光束－雙散射測量模式下，激光束入射到運動的散射粒子上，各個方向均存在散射光，逡逑通過一個雙孔光闌，選擇兩個方向的散射光并利用透鏡收集這兩束散射光，使其在光電逡逑探測器的光敏面進行疊加，進而對微粒的運動速度進行測量。逡逑Ｖ邋ｉＬ邐透逡逑￣棚器逡逑雙孔光闌逡逑圖２．３單光束－雙散射測量模式原理圖逡逑假設(shè)來自散射粒子的兩束散射光的單位波矢量分別為：停Γ囝墑劍ǎ玻醶叮┛傻玫ィ]3?光束－雙散射測量模式下的速度測量公式可以表示為：逡逑ｆＤ＝Ｕ．＾－ｋ２）邐（２．９）逡逑特殊地，當運動散射粒子的速度方向垂直于光軸方向，式（２．９）可以表示為：逡逑２ｖｓｍ（ｅ／２）邐（２．１０）逡逑°邐義逡逑式（２．１０）中０為兩散射光束之間的夾角。由式（２．１０）可以發(fā)現(xiàn)，單光束－雙散射逡逑測量模式下多普勒頻率取決于所選擇的散射光之間的夾角而與入射光的方位無關(guān)。但所逡逑選取的兩束特定方向的散射光束只占激光全部能量的少部分，信號微弱，不利于后續(xù)信逡逑號處理。逡逑２．４．３雙光束－雙散射測量模式逡逑激光多普勒測速技術(shù)最為常用的實現(xiàn)方案為雙光束－雙散射測量模式。目前絕大多逡逑數(shù)的激光多普勒測速系統(tǒng)均是采用這種方案。其原理圖如圖２．４所示。逡逑９逡逑

鏡的聚光作用將部分散射光聚集在探測器的光敏面上。光電探測器所捕獲的信號包含運逡逑動微粒的多普勒信號。需要說明的是，對于透明的運動物體，如液體、氣體等物質(zhì)，可逡逑以將探測系統(tǒng)與入射系統(tǒng)分別置于運動物體的兩側(cè)，如圖２．４，根據(jù)散射光理論Ｍ，前向逡逑散射光的總能量是后向散射光能量的１００倍以上，所以針對透明物體，接收前向散射光逡逑可以降低對激光器功率的要求。對于不透明的運動物體，往往接收其后向散射光或者側(cè)逡逑向散射光，如圖２．５和圖２．６所示。逡逑會聚透鏡逡逑／邋Ａ邐收集；？鏡逡逑／ｉ邐＼逡逑邐１邋探測器逡逑＾邋＾邋＼￣／＼邋＾邐．一－一－逡逑分光棱鏡逡逑圖２．５接收后向散射光逡逑會聚透鏡逡逑分光棱鏡邐集透鏡逡逑圖２．６接收側(cè)向散射光逡逑由圖２．４出發(fā)分析在雙光束－雙散射測量模式下多普勒頻率的特點。假設(shè)存在某一個逡逑１０逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃雪峰;趙冠軍;李盛姬;郭楓;鄭光華;徐江榮;;基于雙芯光子晶體光纖的激光多普勒多點速度測量研究[J];光學(xué)學(xué)報;2015年11期

2 邵林昌;;激光多普勒信號處理中小波分析的應(yīng)用研究[J];信息通信;2015年04期

3 朱志雄;;空間濾波測速研究進展[J];重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué));2015年02期

4 陳薏竹;李一昂;;視頻測速綜述[J];電子技術(shù)與軟件工程;2014年10期

5 劉路路;盧艮萍;邱選兵;李傳亮;魏計林;;雙激光束流速測量裝置[J];山西電子技術(shù);2014年01期

6 周恒;馮進良;張桂敏;;一種光纖血液流速傳感器的設(shè)計[J];科技風;2013年17期

7 陳勇;錢劍敏;尚建華;賀巖;;基于FPGA的多普勒測振計信號采集與處理系統(tǒng)設(shè)計[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2013年17期

8 鄔戰(zhàn)軍;韓鳳山;范哲;林志立;;基于Janus配置的三光束激光多普勒測速儀[J];激光與光電子學(xué)進展;2013年07期

9 武穎麗;吳振森;;基于希爾伯特變化的微小振動激光多普勒信號處理[J];中國光學(xué);2013年03期

10 潘娜;沈超;;基于LDV和PIV技術(shù)的熱聲熱機研究進展[J];熱能動力工程;2012年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 余榮偉;光纖陣列空間濾波測速技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2017年

2 戴作寧;毫米波雷達高速運動目標精確測速研究[D];南京大學(xué);2016年

3 張月靜;激光多普勒測速儀的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

4 羅強;激光多普勒血流儀的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號：2761233