本文關(guān)鍵詞：光纖聲光調(diào)制測(cè)振技術(shù)的研究

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【摘要】：基于多普勒效應(yīng)的激光外差法具有高精度、非接觸等優(yōu)勢(shì),但光路復(fù)雜測(cè)量距離短,因此本文研究了利用光纖聲光調(diào)制測(cè)量振動(dòng)的技術(shù)并進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用聲光調(diào)制技術(shù),可以得到穩(wěn)定的頻移,形成光外差測(cè)量,具有高精度、高分辨力和抑制直流漂移等優(yōu)點(diǎn);利用光纖傳導(dǎo),可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量和傳輸,降低外界電磁干擾,提高系統(tǒng)信噪比;設(shè)計(jì)了智能化信號(hào)處理系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的采集、處理及顯示,還可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制;基于虛擬儀器設(shè)計(jì)了上位機(jī)軟件,可以對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和頻譜分析。首先,分析了振動(dòng)測(cè)量在各工程領(lǐng)域的應(yīng)用和重要意義,分析了現(xiàn)有幾種振動(dòng)測(cè)量技術(shù)的原理,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提出了光纖聲光調(diào)制測(cè)振技術(shù);研究分析了利用聲光調(diào)制技術(shù)測(cè)振的原理和方法,設(shè)計(jì)了測(cè)振系統(tǒng)并推導(dǎo)了數(shù)學(xué)模型,可以實(shí)現(xiàn)速度、加速度和位移的測(cè)量;特別針對(duì)軸類等旋轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)了差動(dòng)測(cè)量的模型,可以得到被測(cè)物體在二維平面內(nèi)的振動(dòng)情況;其次,為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能,設(shè)計(jì)了光路系統(tǒng)和硬件系統(tǒng):選擇了激光光源,并設(shè)計(jì)了光源穩(wěn)頻模塊;選擇了光電探測(cè)器,并設(shè)計(jì)了信號(hào)采集電路;在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了光纖耦合結(jié)構(gòu),在前端選擇直接耦合方式,后端選擇透鏡耦合方式;在信號(hào)處理單元中嵌入智能化微處理器STM32F407,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和運(yùn)算,可以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)并進(jìn)行補(bǔ)償;選用觸摸顯示屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,既能顯示振動(dòng)測(cè)量結(jié)果,也可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制輸入;為了實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行數(shù)值分析和頻譜分析,基于虛擬儀器和數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)了上位機(jī)信號(hào)分析軟件。最后,對(duì)測(cè)振系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn),確定了聲光調(diào)制器件的中心頻率和帶寬,求得了中心頻率處衍射光偏轉(zhuǎn)角的大小,為光纖耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);利用聲光調(diào)制測(cè)振系統(tǒng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng),并與壓電傳感器形成對(duì)比實(shí)驗(yàn)檢測(cè)機(jī)床振動(dòng),證明了所設(shè)計(jì)的測(cè)振系統(tǒng)的可行性,且較壓電傳感器測(cè)量具有明顯優(yōu)勢(shì);對(duì)測(cè)振系統(tǒng)的誤差來源進(jìn)行了分析,并提出了誤差控制措施,有利于進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體性能。
【關(guān)鍵詞】：振動(dòng)測(cè)量 多普勒效應(yīng) 光外差測(cè)量 聲光調(diào)制 光纖
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH825
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 振動(dòng)測(cè)量的目的及意義9-10
• 1.2 振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第二章 光纖聲光調(diào)制測(cè)振技術(shù)的理論分析15-27
• 2.1 振動(dòng)測(cè)量原理15
• 2.2 激光多普勒效應(yīng)原理15-18
• 2.3 聲光調(diào)制技術(shù)18-20
• 2.4 光纖光學(xué)理論20-24
• 2.4.1 光纖基本理論20-23
• 2.4.2 光纖耦合理論23-24
• 2.5 數(shù)學(xué)模型的建立24-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第三章 光纖聲光調(diào)制測(cè)振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)27-41
• 3.1 系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)27-33
• 3.1.1 系統(tǒng)光源模塊的設(shè)計(jì)28
• 3.1.2 聲光調(diào)制器的選取28-29
• 3.1.3 光電探測(cè)器的選取29-31
• 3.1.4 光纖耦合器的設(shè)計(jì)31-33
• 3.2 系統(tǒng)電路硬件設(shè)計(jì)33-40
• 3.2.1 電源電路的設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.2 信號(hào)檢測(cè)放大電路35
• 3.2.3 信號(hào)解調(diào)電路35-37
• 3.2.4 低通濾波器的設(shè)計(jì)37-38
• 3.2.5 信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)38-39
• 3.2.6 觸摸屏模塊的設(shè)計(jì)39-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第四章 測(cè)振系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)41-48
• 4.1 測(cè)振系統(tǒng)的下位機(jī)程序設(shè)計(jì)41-44
• 4.1.1 AD采集程序設(shè)計(jì)41-42
• 4.1.2 FFT數(shù)據(jù)處理程序42
• 4.1.3 觸摸屏程序模塊42-44
• 4.2 測(cè)振系統(tǒng)的上位機(jī)程序設(shè)計(jì)44-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第五章 測(cè)振系統(tǒng)的性能試驗(yàn)及誤差分析48-59
• 5.1 聲光調(diào)制器件的性能試驗(yàn)48-50
• 5.2 測(cè)振系統(tǒng)的性能試驗(yàn)50-54
• 5.2.1 用測(cè)振系統(tǒng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)50-52
• 5.2.2 測(cè)振系統(tǒng)與壓電傳感器的對(duì)比試驗(yàn)52-54
• 5.3 測(cè)振系統(tǒng)的誤差分析與控制54-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 在讀期間公開發(fā)表的文章63-64
• 致謝64

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