光反饋?zhàn)曰旌细缮嫖灰茖?shí)時跟蹤測量算法的研究
本文選題：位移測量 切入點(diǎn)：光反饋?zhàn)曰旌细缮?/strong> 出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文 論文類型：學(xué)位論文
【摘要】：光反饋?zhàn)曰旌细缮?Optical Feedback Self-Mixing Interference,簡稱OFSMI)效應(yīng)是指激光器輸出光經(jīng)外部反射體反射或散射后,其中一部分光又反饋回激光器諧振腔,反饋光與腔內(nèi)光相干涉,從而調(diào)制激光器輸出光功率的現(xiàn)象。由于OFSMI信號中含有外部反射體運(yùn)動信息,所以O(shè)FSMI系統(tǒng)可以用于外部反射體位移測量。OFSMI位移測量系統(tǒng)和傳統(tǒng)雙光束干涉測量系統(tǒng)有相同的測量靈敏度,但具有硬件結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊、易準(zhǔn)直等優(yōu)點(diǎn),所以O(shè)FSMI位移測量的研究有一定的理論研究意義及實(shí)用價值。本文主要研究OFSMI位移實(shí)時跟蹤測量算法,該算法具有以下特點(diǎn):適用范圍廣(弱光和適度光反饋機(jī)制通用);算法實(shí)時性好;可對任意位移波形進(jìn)行重構(gòu);測量精度高。測量算法主要包括兩部分:整數(shù)條紋檢測及對應(yīng)位移測量;小數(shù)條紋位移測量。具體研究內(nèi)容可歸納為如下三個方面:1、提出兩種整數(shù)條紋檢測算法:(1)由小波變換奇異點(diǎn)檢測理論,研究OFSMI信號的奇異性,設(shè)計小波變換整數(shù)條紋檢測算法;(2)由希爾伯特變換和解析信號理論,研究OFSMI信號希爾伯特變換得到的瞬時相位的特點(diǎn),設(shè)計希爾伯特變換整數(shù)條紋檢測算法。對兩種整數(shù)條紋檢測算法進(jìn)行仿真,由仿真結(jié)果對比兩種算法的抗噪聲性能。2、小數(shù)條紋位移測量包括三部分:(1)由干涉條紋傾斜程度和光反饋機(jī)制的關(guān)系,設(shè)計光反饋機(jī)制判斷算法;(2)由適度OFSMI信號為鋸齒波和滯回現(xiàn)象特點(diǎn),設(shè)計適度OFSMI小數(shù)條紋位移測量算法;(3)由弱OFSMI信號為類正弦波特點(diǎn),設(shè)計弱OFSMI小數(shù)條紋位移測量算法。3、由希爾伯特變換整數(shù)條紋檢測和小數(shù)條紋位移測量組成OFSMI位移實(shí)時跟蹤測量算法,仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該位移測量算法對位移重構(gòu)的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文算法測量振幅的絕對誤差約為23.2nm,相對誤差約為1.81%。和其他兩種位移測量算法相比,本文位移測量算法測量精度高,且適用范圍廣。
[Abstract]:Optical Feedback Self-Mixing interference (OFM) effect means that the output light is reflected or scattered by an external reflector, and some of the light is fed back to the resonator of the laser, and the feedback light interferes with the intracavity light. Thus modulating the laser output optical power phenomenon. Because the OFSMI signal contains the external reflector motion information, Therefore, OFSMI system can be used to measure displacement of external reflector. OFSMI displacement measurement system has the same measuring sensitivity as traditional dual beam interferometry system, but it has the advantages of simple hardware structure, compact structure, easy collimation and so on. Therefore, the research of OFSMI displacement measurement has some theoretical significance and practical value. The algorithm has the following characteristics: wide range of application (weak light and moderate optical feedback mechanism), good real-time performance, reconstruction of arbitrary displacement waveforms; The measurement algorithm consists of two parts: integer fringe detection and displacement measurement; The specific research contents can be summarized as follows: 1. Two integer fringe detection algorithms: 1) based on wavelet transform singular point detection theory, the singularity of OFSMI signal is studied. An integer fringe detection algorithm based on wavelet transform is designed. Based on Hilbert transform and analytic signal theory, the characteristics of instantaneous phase obtained by Hilbert transform of OFSMI signal are studied. An integer fringe detection algorithm based on Hilbert transform is designed. Two integer fringes detection algorithms are simulated. The anti-noise performance of the two algorithms is compared with the simulation results. The fractional fringe displacement measurement includes three parts: 1) the relationship between the inclination of the interference fringes and the optical feedback mechanism. The algorithm for judging optical feedback mechanism is designed, which is characterized by moderate OFSMI signal as sawtooth wave and hysteretic phenomenon, and moderate OFSMI fractional fringe displacement measurement algorithm, which is characterized by weak OFSMI signal as sinusoidal wave. A displacement measurement algorithm of weak OFSMI fractional fringe is designed. The algorithm is composed of Hilbert transform integer fringe detection and fractional fringe displacement measurement. Simulation and experiment verify the effectiveness of the proposed displacement measurement algorithm for displacement reconstruction. The experimental results show that the absolute error of the proposed method is about 23.2nm, and the relative error is about 1.81.Compared with the other two displacement measurement algorithms. The displacement measurement algorithm in this paper has high accuracy and wide range of application.
【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】：2017
【分類號】：O436.1
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本文編號：1578964
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