基于激光自混合干涉的速度测量及其应用

发布时间：2020-06-21 13:43

【摘要】：激光自混合干涉(Self-mixing Interference,SMI)源自于光的反馈效应,与传统的干涉技术相比,具有光路简单、自准直、结构紧凑等优点,能够应用在振动、位移、速度、距离等测量领域中。自混合干涉信号的波动频率为激光与外部物体相互作用后激光的多普勒频移,由此可以利用自混合干涉进行测速。本文将通过自混合干涉、多重反馈自混合干涉进行速度的测量,并重构出物体运动的速度,同时,将自混合干涉测速应用到轴承故障诊断中,拓展该技术的应用范围。首先,本文在介绍自混合干涉的理论时,运用三镜腔模型详细展开了论述,分别从不同反馈水平、不同线宽展宽因子、物体的不同振幅、物体的不同运动几个方面说明了对自混合干涉信号的影响,为后续的研究奠定了理论基础。其次,通过多普勒效应与自混合干涉的关系,研究了自混合干涉测速的基本原理。为解决傅里叶变换只能全局分析物体速度的问题,采取了分段傅里叶变换的方法获得了频率随时间变化的关系,实现了对物体速度的重构。然后,分析了多重反馈自混合干涉(Multiple Self-mixing Interference,MSMI)的形成过程与理论模型,根据其条纹分辨率加倍的特点,提出了利用多重反馈进行测速的方法,并推导出了其计算公式,通过分段傅里叶变换的方法实现了对物体速度的重构。该算法不仅适合于不同反射面的物体,而且在测量误差方面优于自混合干涉测速。最后,根据激光自混合干涉系统结构简单、光路易准直、非接触的优点,采用多重反馈自混合干涉测速对轴承故障信号进行判断的方法,相比传统加速度传感器接触式测量的方式,避免了因为接触可能造成的被测物体整体质量增加而产生的测量误差。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O436.1;TN241
【图文】：

自混合干涉,实验装置

1 实验装置为了验证自混合测速的理论，在此搭建了自混合干涉测速系统，实验装置图示，实物装置图如图 3.5 所示，各个实验部件已在图中表明。PD LD透镜扬声器放大器采集卡计算机信号发生器测速仪恒流源驱动图 3.4 自混合干涉测速的原理图

结构图,内部结构,激光器

东北石油大学硕士研究生学位论文器 PD，结构图可以参见图 3.6 所示。目前文献报道中关于自混合干涉测用的激光器为价格更高或功耗更大的激光器，如单模 VCSEL、DFB 激光器等，虽然性能突出，但是系统的结构也更为复杂，整体成本大幅增选择的半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功更为经济适用，且实验操作简单便捷。

【参考文献】