全光纤激光多普勒信号相位解调技术研究

发布时间：2020-06-18 08:49

【摘要】：全光纤激光多普勒测量是一种根据激光多普勒效应和光学混频原理结合光纤与光无源器件技术发展起来的精密测量技术,具有非接触测量、测量精度高、响应速度快、时间分辨率与位移分辨率高等诸多优点,常用于航空航天、爆轰物理等研究领域,是位移测量领域中的前沿技术。激光多普勒信号解调常用两种方法:干涉条纹计数法和干涉条纹相位解调法,条纹计数法的位移分辨率为?/2,相位法的精度可突破波长的限制,精度可达nm量级。目前全光纤多普勒测量技术常采用条纹计数法,位移分辨率不高,无法分辨位移方向。本论文针对全光纤激光多普勒测量系统采用相位解调方法,开展了以下工作:1.针对相位解调和运动方向辨别,以3×3光纤耦合器为核心器件,设计了全光纤光路和相位解调算法。分别分析研究了三种常用相位解调算法:希尔伯特相位解调算法、正弦曲线拟合算法和3×3光纤耦合器相位解调算法。主要研究的内容有:信号的采样率高低、信噪比大小和周期采样点数等参数对相位解调算法计算精确度的影响,进而选择3×3光纤耦合器相位解调算法对全光纤多普勒信号进行解调,对全光纤激光多普勒信号相位解调系统设计与信号处理做了简要分析。2.针对3×3光纤耦合器相位解调系统,设计基于FPGA芯片为核心的硬件电路和软件方案。用A/D对3路多普勒信号进行高速采集,通过FPGA对信号实现相位解算,然后通过DA实现数模转换并在示波器上实时检测,或者通过W5300实现位移与上位机的通信。3.搭建了实验装置,以压电陶瓷的运动为测试对象验证了全光纤激光多普勒测量系统和算法的可行性。实验结果表明:本系统的位移测量范围在5nm~18.34μm,相位测量误差为32.2?,位移测量误差为0.023%。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253
【图文】：

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图 1.1 IQ 正交解调法的原理2007 年，3 3 光纤耦合器解调法的研究引起人们的关注，美国 Sandia 国家实验室采光纤光路设计零差激光系统，多普勒信号解调利用 3 3 光纤耦合器相位解调法分析[11]，利用 3 3 光纤耦合器的特性(三路信号的相位差是 120 ),可以得出两路正交信

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图 1.2 3 3 光纤耦合器相位解调法的原理，国内也开始对 3 3 光纤耦合器进行研究，首先推导了 3 3 光纤耦合，然后用 Matlab 软件仿真 3 3 光纤耦合器解调方法，从理论上分析生变化的原因。

【参考文献】