本文關鍵詞：單頻激光干涉測振關鍵技術研究

  更多相關文章： 振動測量 單頻激光干涉測振 非線性誤差補償方法 高速相位檢測單元

【摘要】：單頻激光干涉測振方法具有光路結(jié)構(gòu)簡單、光源可光纖傳輸、測量結(jié)果易溯源等優(yōu)點,在振動測量和計量中具有廣泛的應用前景。近年來,隨著單頻激光干涉測振方法應用領域的不斷擴展,被測對象的多樣性使得測量表面的反射率差異很大,同時被測振動的形式也向高頻微小振動和低頻大振幅振動兩個方向同時發(fā)展,這要求單頻激光干涉測振技術向著寬頻帶、反射率自適應方向發(fā)展,并提出高精度、高分辨力、高測量速度的測量需求。本課題“單頻激光干涉測振關鍵技術研究”主要針對單頻激光干涉振動測量中被測物體表面反射率不同導致非線性誤差變大、低反射率和高頻測振條件下測量信號噪聲大、高頻測振時相位細分速度和分辨力相互矛盾等問題,首先研究一種可在不同反射率條件下進行低非線性誤差測量的單頻激光干涉測振光路及其非線性補償方法,其次使用FIR低通濾波器來抑制信號噪聲、保證測量分辨力的有效性,最后設計基于CORDIC算法的高速相位測量單元對振動相位進行高速實時檢測。本課題的主要研究工作如下:針對振動測量中不同被測對象表面反射率差異較大引起非線性誤差不同且難以補償?shù)膯栴},首先分析了被測對象表面反射率影響傳統(tǒng)單頻激光干涉儀輸出信號特性的作用過程,并指出此時非線性誤差將相應變化且難以補償;為此,研究一種可適應不同反射率的單頻激光干涉測振光路,采用該光路的測振儀其輸出正交信號的直流偏置誤差為零且增益比誤差、非正交誤差與反射率無關,解決了非線性誤差隨反射率變化的問題;在此基礎上,通過增益調(diào)整和矢量相位校正運算來補償正交信號殘余的不等幅誤差和非正交誤差,進而在不同反射率下均可獲得較低的非線性誤差。針對振動測量中低反射率下信噪比變差及高速數(shù)據(jù)采集噪聲大而導致有效測量分辨力下降的問題,首先對單頻激光測振儀輸出的正交信號進行FIR數(shù)字低通濾波,以抑制正交信號存在的高頻噪聲、提高正交信號的信噪比,從而保證了位移測量分辨力的有效性。針對高頻振動測量中提出的高速實時測相需求,研究一種基于CORDIC算法的高速相位測量技術,首先對輸入信號進行象限轉(zhuǎn)換以滿足CORDIC算法對輸入角度的要求,然后將反正切算法轉(zhuǎn)化為多級流水線迭代得到運算角度,從而實現(xiàn)了相位小數(shù)的細分;同時采用四細分辨向方法實現(xiàn)相位測量整數(shù)部分的辨向計數(shù),利用多級流水方式實現(xiàn)相位測量中整、小數(shù)單元的同步工作,實現(xiàn)了整、小數(shù)相位的同步合成。在上述研究的基礎上,本文搭建了UOI_LSV型單頻激光干涉測振系統(tǒng)。等效測試實驗結(jié)果表明,本文研制的單頻激光干涉測振儀在10%到接近100%的反射率下其殘余非線性誤差優(yōu)于±0.15nm,測量分辨力為38.6pm,最大測量速度達到1.582m/s,位移數(shù)據(jù)更新速率為40MHz。直接測試實驗結(jié)果表明,振動頻率測量范圍為DC~130k Hz,振幅測量誤差小于±10.3%,靜態(tài)分辨力為0.3nm,殘余非線性誤差優(yōu)于±1.98nm。
【關鍵詞】：振動測量 單頻激光干涉測振 非線性誤差補償方法 高速相位檢測單元
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH825
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究的目的與意義10-11
• 1.2 單頻激光干涉測振研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 振動測量技術研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 單頻激光干涉測振儀研發(fā)現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 單頻激光干涉測振非線性補償方法現(xiàn)狀14-15
• 1.2.4 單頻激光干涉測振信號處理方法現(xiàn)狀15-17
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 測量表面反射率引入的非線性及補償方法19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 單頻激光干涉測振原理19-21
• 2.3 傳統(tǒng)單頻激光干涉測振光路的非線性誤差21-27
• 2.3.1 傳統(tǒng)四通道干涉光接收原理22-23
• 2.3.2 分光棱鏡BS對非線性誤差的影響23-27
• 2.4 分光棱鏡BS的透反射特性分析27-30
• 2.5 消直流偏置單頻激光干涉測振光路30-33
• 2.6 適于不同反射率表面的非線性誤差補償方法33-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第3章 高精度高速振動信號處理技術研究36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 高精度高速信號處理方案36-37
• 3.3 高精度AD信號采集37-41
• 3.3.1 ADC實際分辨率分析38-40
• 3.3.2 FIR低通濾波器40-41
• 3.4 高速相位處理單元設計41-50
• 3.4.1 CORDIC算法原理41-44
• 3.4.2 CORDIC算法的硬件實現(xiàn)44-46
• 3.4.3 CORDIC小數(shù)模塊46-49
• 3.4.4 整數(shù)計數(shù)模塊49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 系統(tǒng)設計及實驗分析51-77
• 4.1 引言51
• 4.2 單頻激光干涉測振系統(tǒng)51-53
• 4.2.1 單頻激光干涉測振儀51-52
• 4.2.2 高速信號處理卡52-53
• 4.2.3 數(shù)據(jù)采集界面53
• 4.3 消直流偏置驗證實驗53-55
• 4.4 信號處理卡測試55-60
• 4.4.1 測試方法及實驗平臺55-56
• 4.4.2 非正交誤差校正測試56-57
• 4.4.3 靜態(tài)標準差測試57-58
• 4.4.4 動態(tài)分辨力測試58-59
• 4.4.5 動態(tài)標準差測試59-60
• 4.5 系統(tǒng)應用實驗60-76
• 4.5.1 靜態(tài)分辨力實驗61-62
• 4.5.2 不同反射率實驗62-63
• 4.5.3 中低頻振動測量實驗63-71
• 4.5.3.1 低頻振動測試64-69
• 4.5.3.2 中頻振動測試69-71
• 4.5.4 高頻振動測量實驗71-76
• 4.5.4.1 20kHz換能器測試72-74
• 4.5.4.2 60kHz換能器測試74-75
• 4.5.4.3 120kHz換能器測試75-76
• 4.6 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻79-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果83-85
• 致謝85-86
• 附錄I: 現(xiàn)場應用照片及證明86-87

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 何武光;王豹亭;楊春平;康美苓;吳健;;零差激光測振系統(tǒng)中含噪多普勒信號處理方法[J];光電子.激光;2011年12期

2 任紅磊;邵新慧;;加速度計高頻振動校準中的相關技術問題[J];計測技術;2010年04期

3 張大治;段小艷;殷亞東;;轉(zhuǎn)動量非接觸動態(tài)測量技術[J];計測技術;2014年06期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 佘東生;高、低溫環(huán)境下典型微結(jié)構(gòu)動態(tài)特性及測試技術研究[D];大連理工大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李民;激光測振在振動計量中的若干技術問題的研究[D];浙江大學;2003年

2 張波;基于正交信號的激光干涉測振系統(tǒng)研究[D];安徽大學;2010年

3 王運付;線陣CCD激光干涉法振動測量研究[D];電子科技大學;2013年

，

本文編號：748410