發(fā)布時(shí)間：2017-08-28 15:36

  本文關(guān)鍵詞：單頻激光干涉測(cè)振關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 振動(dòng)測(cè)量 單頻激光干涉測(cè)振 非線性誤差補(bǔ)償方法 高速相位檢測(cè)單元

【摘要】：單頻激光干涉測(cè)振方法具有光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光源可光纖傳輸、測(cè)量結(jié)果易溯源等優(yōu)點(diǎn),在振動(dòng)測(cè)量和計(jì)量中具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來,隨著單頻激光干涉測(cè)振方法應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,被測(cè)對(duì)象的多樣性使得測(cè)量表面的反射率差異很大,同時(shí)被測(cè)振動(dòng)的形式也向高頻微小振動(dòng)和低頻大振幅振動(dòng)兩個(gè)方向同時(shí)發(fā)展,這要求單頻激光干涉測(cè)振技術(shù)向著寬頻帶、反射率自適應(yīng)方向發(fā)展,并提出高精度、高分辨力、高測(cè)量速度的測(cè)量需求。本課題“單頻激光干涉測(cè)振關(guān)鍵技術(shù)研究”主要針對(duì)單頻激光干涉振動(dòng)測(cè)量中被測(cè)物體表面反射率不同導(dǎo)致非線性誤差變大、低反射率和高頻測(cè)振條件下測(cè)量信號(hào)噪聲大、高頻測(cè)振時(shí)相位細(xì)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(jìn)行低非線性誤差測(cè)量的單頻激光干涉測(cè)振光路及其非線性補(bǔ)償方法,其次使用FIR低通濾波器來抑制信號(hào)噪聲、保證測(cè)量分辨力的有效性,最后設(shè)計(jì)基于CORDIC算法的高速相位測(cè)量單元對(duì)振動(dòng)相位進(jìn)行高速實(shí)時(shí)檢測(cè)。本課題的主要研究工作如下:針對(duì)振動(dòng)測(cè)量中不同被測(cè)對(duì)象表面反射率差異較大引起非線性誤差不同且難以補(bǔ)償?shù)膯栴},首先分析了被測(cè)對(duì)象表面反射率影響傳統(tǒng)單頻激光干涉儀輸出信號(hào)特性的作用過程,并指出此時(shí)非線性誤差將相應(yīng)變化且難以補(bǔ)償;為此,研究一種可適應(yīng)不同反射率的單頻激光干涉測(cè)振光路,采用該光路的測(cè)振儀其輸出正交信號(hào)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(guān),解決了非線性誤差隨反射率變化的問題;在此基礎(chǔ)上,通過增益調(diào)整和矢量相位校正運(yùn)算來補(bǔ)償正交信號(hào)殘余的不等幅誤差和非正交誤差,進(jìn)而在不同反射率下均可獲得較低的非線性誤差。針對(duì)振動(dòng)測(cè)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(dǎo)致有效測(cè)量分辨力下降的問題,首先對(duì)單頻激光測(cè)振儀輸出的正交信號(hào)進(jìn)行FIR數(shù)字低通濾波,以抑制正交信號(hào)存在的高頻噪聲、提高正交信號(hào)的信噪比,從而保證了位移測(cè)量分辨力的有效性。針對(duì)高頻振動(dòng)測(cè)量中提出的高速實(shí)時(shí)測(cè)相需求,研究一種基于CORDIC算法的高速相位測(cè)量技術(shù),首先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行象限轉(zhuǎn)換以滿足CORDIC算法對(duì)輸入角度的要求,然后將反正切算法轉(zhuǎn)化為多級(jí)流水線迭代得到運(yùn)算角度,從而實(shí)現(xiàn)了相位小數(shù)的細(xì)分;同時(shí)采用四細(xì)分辨向方法實(shí)現(xiàn)相位測(cè)量整數(shù)部分的辨向計(jì)數(shù),利用多級(jí)流水方式實(shí)現(xiàn)相位測(cè)量中整、小數(shù)單元的同步工作,實(shí)現(xiàn)了整、小數(shù)相位的同步合成。在上述研究的基礎(chǔ)上,本文搭建了UOI_LSV型單頻激光干涉測(cè)振系統(tǒng)。等效測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文研制的單頻激光干涉測(cè)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(cè)量分辨力為38.6pm,最大測(cè)量速度達(dá)到1.582m/s,位移數(shù)據(jù)更新速率為40MHz。直接測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,振動(dòng)頻率測(cè)量范圍為DC~130k Hz,振幅測(cè)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(guān)鍵詞】：振動(dòng)測(cè)量 單頻激光干涉測(cè)振 非線性誤差補(bǔ)償方法 高速相位檢測(cè)單元
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(cè)振研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 振動(dòng)測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 單頻激光干涉測(cè)振儀研發(fā)現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 單頻激光干涉測(cè)振非線性補(bǔ)償方法現(xiàn)狀14-15
• 1.2.4 單頻激光干涉測(cè)振信號(hào)處理方法現(xiàn)狀15-17
• 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 測(cè)量表面反射率引入的非線性及補(bǔ)償方法19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 單頻激光干涉測(cè)振原理19-21
• 2.3 傳統(tǒng)單頻激光干涉測(cè)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(duì)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(cè)振光路30-33
• 2.6 適于不同反射率表面的非線性誤差補(bǔ)償方法33-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第3章 高精度高速振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)研究36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 高精度高速信號(hào)處理方案36-37
• 3.3 高精度AD信號(hào)采集37-41
• 3.3.1 ADC實(shí)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(shè)計(jì)41-50
• 3.4.1 CORDIC算法原理41-44
• 3.4.2 CORDIC算法的硬件實(shí)現(xiàn)44-46
• 3.4.3 CORDIC小數(shù)模塊46-49
• 3.4.4 整數(shù)計(jì)數(shù)模塊49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)分析51-77
• 4.1 引言51
• 4.2 單頻激光干涉測(cè)振系統(tǒng)51-53
• 4.2.1 單頻激光干涉測(cè)振儀51-52
• 4.2.2 高速信號(hào)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)53-55
• 4.4 信號(hào)處理卡測(cè)試55-60
• 4.4.1 測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)55-56
• 4.4.2 非正交誤差校正測(cè)試56-57
• 4.4.3 靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)試57-58
• 4.4.4 動(dòng)態(tài)分辨力測(cè)試58-59
• 4.4.5 動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)試59-60
• 4.5 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)60-76
• 4.5.1 靜態(tài)分辨力實(shí)驗(yàn)61-62
• 4.5.2 不同反射率實(shí)驗(yàn)62-63
• 4.5.3 中低頻振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)63-71
• 4.5.3.1 低頻振動(dòng)測(cè)試64-69
• 4.5.3.2 中頻振動(dòng)測(cè)試69-71
• 4.5.4 高頻振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)71-76
• 4.5.4.1 20kHz換能器測(cè)試72-74
• 4.5.4.2 60kHz換能器測(cè)試74-75
• 4.5.4.3 120kHz換能器測(cè)試75-76
• 4.6 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 攻讀碩士學(xué)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(chǎng)應(yīng)用照片及證明86-87

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)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(cè)振系統(tǒng)中含噪多普勒信號(hào)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(jì)高頻振動(dòng)校準(zhǔn)中的相關(guān)技術(shù)問題[J];計(jì)測(cè)技術(shù);2010年04期

3 張大治;段小艷;殷亞東;;轉(zhuǎn)動(dòng)量非接觸動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)[J];計(jì)測(cè)技術(shù);2014年06期

中國(guó)博士學(xué)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(dòng)態(tài)特性及測(cè)試技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李民;激光測(cè)振在振動(dòng)計(jì)量中的若干技術(shù)問題的研究[D];浙江大學(xué);2003年

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

3 王運(yùn)付;線陣CCD激光干涉法振動(dòng)測(cè)量研究[D];電子科技大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：748410