激光外差干涉中超声信号的解调技术研究

发布时间：2017-05-06 12:08

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【摘要】：激光超声在无损检测方面有很大的应用前景。激光脉冲作用在被测物上会产生超声波,通过对超声信号分析可以得到被测物的特征信息。在光外差干涉检测技术中,对干涉信号进行处理分析可以得到待测的超声信号。本文的主要任务是对相位调制型的干涉信号进行相位解调以得到待测的超声信号,分析了超声信号和外差干涉信号的特点之后,提出了硬件解调系统和软件解调算法两种方法。论文的主要研究内容包括:1.在AD8302相位解调方法的基础上,引入锁相环的设计,它的作用是保证载波信号和参考信号的频率一致性。解调系统中主要包括了高频放大器、锁相环和鉴相器AD8302。高频放大器实现对高频信号进行不失真的放大或缩小。AD8302可以实现干涉信号和参考信号之间的相位差测量。锁相环PLL可以避免解调结果中出现载波信号和参考信号的差频信号。2.对传统的基于正反切运算的相位生成载波解调方法进行改进,提出了基于PGC的软件解调算法。经过仿真和实验研究,该算法原理简单,但是解调结果中可能会出现失真,因此在实际应用中有一定的局限性。3.通过实验来验证解调系统的有效性和创新性。首先通过相位解调的静态和动态实验对硬件解调系统进行了验证;然后对比了硬件解调系统、软件解调和AD8302直接解调三种方法的解调效果,结果表明相比于后两者方法,硬件解调系统的解调效果最好,信噪比高;最后把该系统应用到激光超声检测实验中,成功地解调出待测的超声信号。
【关键词】：激光超声 外差干涉 高频解调 锁相环 AD8302
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB302.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 国内外发展现状10-12
• 1.3 本文的主要研究工作及内容安排12-14
• 2 激光超声的检测系统及解调方法14-25
• 2.1 激光超声检测14
• 2.2 激光外差干涉检测14-17
• 2.3 信号特点及解调方法17-24
• 2.3.1 激光超声信号特点17-18
• 2.3.2 外差干涉信号特点18
• 2.3.3 解调方法18-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 激光超声信号的硬件解调系统设计25-40
• 3.1 总体方案设计25-27
• 3.2 AD8302设计单元27-29
• 3.3 高频放大器单元29-31
• 3.4 锁相环设计单元31-34
• 3.5 布局与布线34-38
• 3.6 本章小结38-40
• 4 激光超声信号的软件解调设计40-50
• 4.1 相位生成载波解调方法40-41
• 4.2 基于PGC的软件解调方法41-42
• 4.3 数值仿真模拟42-45
• 4.3.1 软件解调仿真42-44
• 4.3.2 软件解调的抗噪性44-45
• 4.4 软件解调实验45-47
• 4.5 最大相偏对解调结果的影响分析47-49
• 4.6 本章小结49-50
• 5 实验与分析50-64
• 5.1 静态实验及分析50-52
• 5.1.1 静态实验50-51
• 5.1.2 误差及不确定度分析51-52
• 5.2 动态实验及分析52-55
• 5.2.1 动态实验及结果分析52-53
• 5.2.2 最大相偏对解调结果的影响分析53-55
• 5.3 对比实验及分析55-59
• 5.3.1 激光外差测振实验55-56
• 5.3.2 硬件解调系统的实验结果56-57
• 5.3.3 与AD8302直接解调的结果对比57-58
• 5.3.4 与软件解调的结果对比58-59
• 5.4 激光超声信号解调实验59-62
• 5.4.1 激光超声解调实验59-61
• 5.4.2 结果及分析61-62
• 5.5 本章小结62-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士期间发表的论文70-71
• 致谢71-72

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本文编号：348365