基于视觉的激光散斑振动测量研究
发布时间：2020-12-09 22:37
远程侦听方法一直是国家安全部门和社会安防行业关注的焦点之一,而现行的侦听方法中,激光侦方法具有相比较于传统的电话侦听法和基于监听器的侦听方法而言所不具备的非接触性、隐蔽性和抗干扰性强等优点,因此受到了广泛的重视。其实,激光侦听其实就是激光测振技术的一种特殊应用。激光测振技术本身分为干涉法测量法、光反射调制测量法和散斑测量法三种技术。在应用于远距离侦听时,激光散斑测量技术克服了其它两种技术的缺点,拥有以下优势:可以轻易分离不同声源的信号,不必使用特殊的分离算法;系统适应性强,摆放位置比较灵活,结构简单,易于维护;远距离侦听时不必要求被测对象附近一定要有窗户。基于散斑测振法在侦听领域的独特优势,本课题采用激光散斑测振技术作为测振方案进行研究,并着重研究其在音频检测方面的应用。本文搭建了一套中距离测量振动的实验系统,并实现了一种高效准确的振动恢复算法,将通过机器视觉技术获取到的散斑信息转化为目标的振动信息,可以达到在线检测的要求,后续进行语音降噪处理,得到最终检测出的音频信号。本文主要完成如下工作:（1）对激光散斑测振技术的应用背景研究现状进行了系统的调研,并深入研究了电子散斑法测振法和数字...
【文章来源】： 段浩淼 电子科技大学
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于激光三角法的测振系统的结构图
电子科技大学硕士学位论文42.全息干涉计量法当一个物体在一定频率下作简谐振动时，使用连续激光对其持续照射，并在全息干板上曝光，曝光的时间比振动周期长得多，把物体表面的反射光叠加到不经过相位调制的参考光上，把两束光的干涉图绘制在全息干板中。其重现象由反映节线和等振幅线组成的干涉条纹来表示振幅分布。此即为全息干涉计量法的原理。其时间平均全息图重现像的光强度分布可以用零阶贝塞尔函数的平方分布来描述，具体如下[15]。()()2012I=KJ2/Vx,y(cos+cos)(1-2)这里面：0J代表零阶贝塞尔函数；()Vx,y代表物体上某点的位移；1代表振动方向和照明方向的夹角；2代表振动方向和观察方向的夹角。所以，利用上式分析光强I的变化并确定()Vx,y的量值，就能够测量振动的位移，具体原理详见下图1-2。图1-2激光全息测振值得一提的是，在目标物振动规律不一致的情况下，形成条纹的强度分布的规律是不一致的，然而计算方法都是相似的。全息干涉计量法的主要优势在于有着明确的节线，操作较为简单，适用于形状不规则的透光或反射物体。凭借着这些优势，其在振动分析领域十分普及。它的主要缺陷在于，测量范围不太广泛（不超过100微米），需要记录大量的信息，在介质分辨率方面有较高的要求，这导致其应用范围难以进一步的拓宽[16]。3.激光多普勒法对于某一固定频率的无线电波、声波或者光波而言，如果在传播过程中相对于接收装置产生了相对运动，则在相对速度波动的过程中，接收到的反射信号的频率随之而变化，此即为多普勒频移效应[17,18]。激光多普勒法的原理是首先检测从目标表面的微小区域反射的激光光波的多普勒频移Df，以此为依据推断出该点的振动速度V。应用激光多普勒效应能够测
第一章绪论5量出固体振动以及流体流动的速度。图1-3散射多普勒频移图1-3为散射多普勒的频移图，其中，S是光源，f为频率，光速是c，O为激光光波接收器件，P为速度为V的运动物体，具有反射性，如果波源和接收器是相对静止的，用n表示沿从光源到接收光路上的波数或周期数，根据图1-3能够确定，在非常短的时间间隔t内，假定P移动到P的距离为Vt，那么在光程中周期数会缩减成：PNPNn=+(1-3)式中：PN和PN是向SP和PO作的垂线；PP为无限小；和代表散射前后的波长。式能够描述为：12VtcosVtcosn=+(1-4)由于f=f=c，并且：/Df=ff=dndt(1-5)则：12coscosDVfVffcc=+(1-6)通常而言，无需区分和，由此得到一级近似的多普勒频移：()12coscosDVffc=+(1-7)接收器收到的光波频率为Df+f，频率偏移量为Df，即多普勒频率。由式(1-7)中被测物体速度V和多普勒频移Df的关系式，测量出Df后，就能够确定振动速度V的量值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于散斑图像的远程振动频率提取方法研究[J]. 石焕,朱弘,肖容,吴炬,张秋霞,钱荣欣. 激光技术. 2016(06)
[2]谱减法与改进谱减法的性能分析[J]. 蒋渊渊. 电子世界. 2016(19)
[3]侦听技术综述[J]. 刘玉华,郑烨. 电子科技. 2012(10)
[4]白光散斑法原理及其发展[J]. 黄婧,刘建军,秦大辉. 湖南环境生物职业技术学院学报. 2012(02)
[5]Laser Doppler vibrometer for real-time speech-signal acquirement[J]. 尚建华,贺岩,刘丹,臧华国,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2009(08)
[6]几种语音增强技术降噪效果的比较和MATLAB仿真[J]. 柴恒. 科技资讯. 2008(22)
[7]数字散斑相关技术中散斑颗粒尺寸大小对测量精度影响的研究[J]. 吴加权,马琨,李燕. 昆明理工大学学报(理工版). 2006(05)
[8]一种非接触振动测量方法的设计与实现[J]. 周晓辉,杨耀权,卢海霞,杨丽. 仪器仪表与分析监测. 2005(04)
[9]激光振动测量的发展与展望[J]. 曾为,陈培峰,朱明珠. 光机电信息. 2005(05)
[10]激光散斑计量技术及其应用[J]. 李新忠,宋文武,王希军. 光机电信息. 2005(03)
博士论文
[1]数字激光散斑图像的仿真建模和位移测量算法研究[D]. 邱天.中国科学技术大学 2006
[2]数字散斑相关方法及其在力学测量中的应用[D]. 高建新.清华大学 1989
硕士论文
[1]基于生成对抗网络的语音去噪算法研究[D]. 王贵显.北方工业大学 2019
[2]远距离激光振动检测技术的研究[D]. 汪啸.电子科技大学 2018
[3]音频信号光反射调制的激光传输系统研制[D]. 折锐鹏.电子科技大学 2017
[4]数字散斑相关测量方法研究[D]. 孙娇.天津工业大学 2017
[5]激光测量目标角振动的研究[D]. 闫思家.电子科技大学 2012
[6]微米级空间位移的数字散斑测量系统研究[D]. 胡宇明.电子科技大学 2011
[7]数字散斑干涉术测物面形变[D]. 逄浩君.长春理工大学 2010
[8]语音信号处理技术研究[D]. 王京辉.山东大学 2008
[9]电子散斑相关技术及其在工程检测中的应用研究[D]. 郑柱.广东工业大学 2008
[10]实验模态分析与激光测振技术研究[D]. 卢喜丰.西南交通大学 2007
本文编号：2907591
【文章来源】： 段浩淼 电子科技大学
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于激光三角法的测振系统的结构图
电子科技大学硕士学位论文42.全息干涉计量法当一个物体在一定频率下作简谐振动时，使用连续激光对其持续照射，并在全息干板上曝光，曝光的时间比振动周期长得多，把物体表面的反射光叠加到不经过相位调制的参考光上，把两束光的干涉图绘制在全息干板中。其重现象由反映节线和等振幅线组成的干涉条纹来表示振幅分布。此即为全息干涉计量法的原理。其时间平均全息图重现像的光强度分布可以用零阶贝塞尔函数的平方分布来描述，具体如下[15]。()()2012I=KJ2/Vx,y(cos+cos)(1-2)这里面：0J代表零阶贝塞尔函数；()Vx,y代表物体上某点的位移；1代表振动方向和照明方向的夹角；2代表振动方向和观察方向的夹角。所以，利用上式分析光强I的变化并确定()Vx,y的量值，就能够测量振动的位移，具体原理详见下图1-2。图1-2激光全息测振值得一提的是，在目标物振动规律不一致的情况下，形成条纹的强度分布的规律是不一致的，然而计算方法都是相似的。全息干涉计量法的主要优势在于有着明确的节线，操作较为简单，适用于形状不规则的透光或反射物体。凭借着这些优势，其在振动分析领域十分普及。它的主要缺陷在于，测量范围不太广泛（不超过100微米），需要记录大量的信息，在介质分辨率方面有较高的要求，这导致其应用范围难以进一步的拓宽[16]。3.激光多普勒法对于某一固定频率的无线电波、声波或者光波而言，如果在传播过程中相对于接收装置产生了相对运动，则在相对速度波动的过程中，接收到的反射信号的频率随之而变化，此即为多普勒频移效应[17,18]。激光多普勒法的原理是首先检测从目标表面的微小区域反射的激光光波的多普勒频移Df，以此为依据推断出该点的振动速度V。应用激光多普勒效应能够测
第一章绪论5量出固体振动以及流体流动的速度。图1-3散射多普勒频移图1-3为散射多普勒的频移图，其中，S是光源，f为频率，光速是c，O为激光光波接收器件，P为速度为V的运动物体，具有反射性，如果波源和接收器是相对静止的，用n表示沿从光源到接收光路上的波数或周期数，根据图1-3能够确定，在非常短的时间间隔t内，假定P移动到P的距离为Vt，那么在光程中周期数会缩减成：PNPNn=+(1-3)式中：PN和PN是向SP和PO作的垂线；PP为无限小；和代表散射前后的波长。式能够描述为：12VtcosVtcosn=+(1-4)由于f=f=c，并且：/Df=ff=dndt(1-5)则：12coscosDVfVffcc=+(1-6)通常而言，无需区分和，由此得到一级近似的多普勒频移：()12coscosDVffc=+(1-7)接收器收到的光波频率为Df+f，频率偏移量为Df，即多普勒频率。由式(1-7)中被测物体速度V和多普勒频移Df的关系式，测量出Df后，就能够确定振动速度V的量值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于散斑图像的远程振动频率提取方法研究[J]. 石焕,朱弘,肖容,吴炬,张秋霞,钱荣欣. 激光技术. 2016(06)
[2]谱减法与改进谱减法的性能分析[J]. 蒋渊渊. 电子世界. 2016(19)
[3]侦听技术综述[J]. 刘玉华,郑烨. 电子科技. 2012(10)
[4]白光散斑法原理及其发展[J]. 黄婧,刘建军,秦大辉. 湖南环境生物职业技术学院学报. 2012(02)
[5]Laser Doppler vibrometer for real-time speech-signal acquirement[J]. 尚建华,贺岩,刘丹,臧华国,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2009(08)
[6]几种语音增强技术降噪效果的比较和MATLAB仿真[J]. 柴恒. 科技资讯. 2008(22)
[7]数字散斑相关技术中散斑颗粒尺寸大小对测量精度影响的研究[J]. 吴加权,马琨,李燕. 昆明理工大学学报(理工版). 2006(05)
[8]一种非接触振动测量方法的设计与实现[J]. 周晓辉,杨耀权,卢海霞,杨丽. 仪器仪表与分析监测. 2005(04)
[9]激光振动测量的发展与展望[J]. 曾为,陈培峰,朱明珠. 光机电信息. 2005(05)
[10]激光散斑计量技术及其应用[J]. 李新忠,宋文武,王希军. 光机电信息. 2005(03)
博士论文
[1]数字激光散斑图像的仿真建模和位移测量算法研究[D]. 邱天.中国科学技术大学 2006
[2]数字散斑相关方法及其在力学测量中的应用[D]. 高建新.清华大学 1989
硕士论文
[1]基于生成对抗网络的语音去噪算法研究[D]. 王贵显.北方工业大学 2019
[2]远距离激光振动检测技术的研究[D]. 汪啸.电子科技大学 2018
[3]音频信号光反射调制的激光传输系统研制[D]. 折锐鹏.电子科技大学 2017
[4]数字散斑相关测量方法研究[D]. 孙娇.天津工业大学 2017
[5]激光测量目标角振动的研究[D]. 闫思家.电子科技大学 2012
[6]微米级空间位移的数字散斑测量系统研究[D]. 胡宇明.电子科技大学 2011
[7]数字散斑干涉术测物面形变[D]. 逄浩君.长春理工大学 2010
[8]语音信号处理技术研究[D]. 王京辉.山东大学 2008
[9]电子散斑相关技术及其在工程检测中的应用研究[D]. 郑柱.广东工业大学 2008
[10]实验模态分析与激光测振技术研究[D]. 卢喜丰.西南交通大学 2007
本文编号：2907591
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