中远程光纤激光多普勒微振动检测技术研究

发布时间：2023-03-12 06:58

　　激光技术自20世纪60年代出现后,以激光为核心的测量测试技术得到了快速发展,激光多普勒测量是一种基于激光多普勒效应和光学干涉混频原理的精密测量技术,它以其距离远、精度高、非接触、空间分辨率高等特点成为目前的研究热点。随着光纤激光在相干多普勒测风中的广泛应用,光纤激光多普勒测振技术也快速发展。远距离振动测量不仅对系统性能要求高,而且需要考虑散斑和湍流导致的系统性能下降。因此设计高性能的激光多普勒测振系统,理清散斑和湍流对远距离测振的影响成为亟待解决的问题。本文以中远程激光多普勒测振为核心,通过理论建模、仿真分析和实验验证等科学手段,开展了高性能测振仪的设计、载噪比提升方法、信号衰落影响因素及抑制方法和远距离语音侦听的研究。取得的主要研究成果如下:1.本文介绍了激光多普勒微振动检测的理论基础,分析了探测系统的载噪比,外差效应和耦合效率。在此基础上,设计并搭建了一套全光纤LDV系统,分析了器件选型依据和主要参数指标,并讨论了部分器件对探测系统性能的影响。对光纤LDV系统因器件隔离度缺陷导致的干涉竞争进行了理论推导、仿真分析与实验验证,结果表明:多波束干涉竞争会给解调信号带来纹波或尖峰调制,其...

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 激光多普勒振动测量综述
        1.2.1 研究进展评述
        1.2.2 应用现状评述
    1.3 本文的主要内容及结构
第2章 激光多普勒微振动检测理论研究
    2.1 激光多普勒微振动检测基础
        2.1.1 振动微多普勒效应
        2.1.2 零差探测与外差探测
        2.1.3 信号解调技术
    2.2 外差探测系统性能表征
        2.2.1 载噪比
        2.2.2 外差效率
        2.2.3 单模光纤耦合效率
    2.3 全光纤激光多普勒测振技术研究
        2.3.1 系统组成
        2.3.2 光纤LDV存在的问题
    2.4 本章小结
第3章 光纤LDV载噪比提升方法研究
    3.1 载噪比提升的光学方法
        3.1.1 双站光学结构
        3.1.2 收发合一的光学结构
    3.2 载噪比提升的信号处理方法
        3.2.1 单站全光纤脉冲LDV系统原理及搭建
        3.2.2 回波信号建模
        3.2.3 脉冲驱动信号设计
        3.2.4 中频信号处理
        3.2.5 载噪比与解调信噪比
        3.2.6 窄带振动检测
    3.3 本章小结
第4章 信号衰落影响因素及其抑制研究
    4.1 信号衰落的影响因素
        4.1.1 散斑效应
        4.1.2 动态散斑
        4.1.3 大气扰动
    4.2 信号衰落对外差探测的影响分析
        4.2.1 二次干涉散斑的统计特性
        4.2.2 多散斑退相干效应
        4.2.3 信号衰落对中频信号影响仿真与实验
    4.3 信号衰落的抑制方法
        4.3.1 偏振分集接收
        4.3.2 空间分集接收
    4.4 本章小结
第5章 激光多普勒微振动检测应用研究
    5.1 目标振动特性
        5.1.1 平板受迫振动模型
        5.1.2 目标振动特性仿真与实验
    5.2 远距离语音侦听实验
    5.3 时频掩模语音降噪
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 论文创新点
    6.3 研究工作展望
参考文献
致谢
导师简介
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3761173