固体运动速度的激光测量技术研究

发布时间：2017-04-05 20:14

  本文关键词：固体运动速度的激光测量技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光多普勒测速技术具有非常高的精确度、能对速度进行实时测量、测量速度范围广、空间分辨率高、不受恶劣测速环境限制等优点。广泛应用于多个领域中速度的测量。在测量固体速度时,具有不接触运动物体表面的特性。所以测量固体速度时,不存在打滑与摩擦,测量精度高。在轧钢等工业生产中能够代替传统的速度测量方式。但是,由于激光多普勒测速技术对光路结构及信号处理方法要求很高,测量结果的分别率与精确度还有待提高。本文首先介绍了多普勒测速技术的发展历程与固体多普勒测速技术国内外研究现状以及研究的意义。通过对多普勒测速技术原理的分析,构建多普勒测速系统。包括光路选择、光学元件的选择以及信号处理电路的设计等。通过条纹模型的分析,对信号进行滤波放大处理,并通过傅里叶变换将信号从时域转化到频域上进行研究。通过自相关等处理对信号进行降噪,通过频谱细化以及频谱校正对信号处理结果的精确度进行优化。最后利用Matlab构造多普勒信号,并对信号进行模拟仿真验证信号处理方法的可行性。通过搭建实验平台,获取实际的多普勒信号,并对实际多普勒信号进行信号处理,得到的结果误差可以控制在2%以内。为进一步提升信号质量与信号处理方法,使其应用于实际应用中打下基础。
【关键词】：激光多普勒测速 信号处理 傅里叶变换 频谱细化与校正 仿真
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN247
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-10
• 1.1 研究的意义7-8
• 1.2 激光多普勒测速技术的发展8
• 1.3 国内外的研究现状8-9
• 1.4 本文主要研究内容9-10
• 2 激光多普勒测速原理10-27
• 2.1 光的多普勒效应10-11
• 2.2 光外差检测11-12
• 2.3 光外差检测光路模式12-15
• 2.3.1 参考光模式,12-13
• 2.3.2 单光束-双散射模式13-14
• 2.3.3 双光束-双散射模式14-15
• 2.4 条纹模型15-18
• 2.4.1 入射光系统与控制体积16-17
• 2.4.2 收集光系统和测量体积17-18
• 2.5 激光多普勒信号的特点18-27
• 2.5.1 高通滤波以前的信号18-23
• 2.5.2 高通滤波以后的信号23-27
• 3 测速系统结构设计及其硬件实现27-40
• 3.1 光源的选择与处理27-31
• 3.1.1 常见的几种激光器27-28
• 3.1.2 激光器激光束扩展28-30
• 3.1.3 激光器的准直30-31
• 3.2 光学系统设计31-32
• 3.3 光电探测器选择32-37
• 3.3.1 外光电效应33
• 3.3.2 内光电效应33-35
• 3.3.3 常见的几种光电探测器35-37
• 3.4 信号处理设备37-40
• 3.4.1 放大电路37-38
• 3.4.2 滤波电路38
• 3.4.3 A/D转换电路38
• 3.4.4 示波器38-40
• 4 激光多普勒信号处理研究40-63
• 4.1 常见的几种频率测量方法40-46
• 4.1.1 频谱分析法40-41
• 4.1.2 频率跟踪法41
• 4.1.3 计数式信号处理41-42
• 4.1.4 离散傅里叶变换42-43
• 4.1.5 快速傅里叶变换43-46
• 4.2 数字信号相关处理46-48
• 4.3 功率谱分析48-50
• 4.3.1 经典谱估计分析48-49
• 4.3.2 现代谱估计分析49-50
• 4.4 窗函数处理50-54
• 4.4.1 窗函数对信号处理的影响50
• 4.4.2 窗函数的选择50-54
• 4.5 频谱细化54-59
• 4.5.1 复调制频谱细化法55-57
• 4.5.2 复调制频率细化法的改进57-59
• 4.6 频谱校正59-63
• 4.6.1 插值法59
• 4.6.2 常见频谱校正的方法59-63
• 5 仿真与实验63-70
• 5.1 模拟多普勒信号仿真63-66
• 5.2 实际信号处理66-70
• 结论与展望70-72
• 结论70
• 展望70-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77

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本文编号：287632