光子多普勒二维速度测量系统的研究

发布时间：2017-10-31 07:30

  本文关键词：光子多普勒二维速度测量系统的研究

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【摘要】：光子多普勒测速系统(Photonic Doppler Velocimetry PDV)是一种基于光纤干涉仪的激光测速系统,具有结构简单、易调试、精确度高、抗干扰能力强等特点。发展至今,PDV测速系统已实现了远距离的高速多点测量,广泛应用于工程测量领域。然而现有的PDV系统中存在一个显著的缺陷：只能测量物体沿探头轴向的运动速度,被测物运动方向偏离探头轴向时测量误差迅速增大。以解决该问题为目的,本文开展了如下工作。首先回顾了激光测速技术的发展历程,针对典型的全光纤多普勒测速系统和二维速度测量技术进行了讨论,然后提出了在原有PDV系统的基础上利用双探头结构进行二维速度测量的光子多普勒测速方案。主要实验工作包括研究制作LD激光器外围电路,并以自制LD激光器为光源分别搭建单探头和双探头全光纤PDV系统。完成系统的搭建后,使用该系统对不同方向运动的激振台速度进行检测,最后利用条纹法对所得拍频数据进行处理得到速度曲线。结果表明：单探头PDV系统检测结果为被测速度沿探头轴向的速度分量：由双探头PDV系统测得速度结果与物体实际速度一致。验证了光子多普勒二维速度测量系统的可行性。
【关键词】：PDV 二维速度测量 光纤干涉仪 条纹法
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-19
• 1.1 背景及研究意义10-11
• 1.2 激光干涉测速系统的发展11-12
• 1.3 几种全光纤多普勒测速系统技术方案介绍12-16
• 1.3.1 基于M-Z干涉仪的多普勒测速设计方案12-14
• 1.3.2 基于ZS索干涉仪结构的全光纤多普勒测速系统14-16
• 1.4 多普勒频移原理二维速度测量技术举例16-18
• 1.4.1 双差动频移技术实现二维速度测量16-17
• 1.4.2 一种实现二维速度测量的单光束双散射光路结构17
• 1.4.3 二维点列式激光多普勒测速法17-18
• 1.5 本文主要工作18-19
• 2 实验原理19-24
• 2.1 多普勒测速机理19
• 2.2 多普勒频移与发射端、接收端位置及速度的关系19-22
• 2.2.1 垂直入射且垂直接收情况下的多普勒频移20
• 2.2.2 斜入射经漫反射后接收情况下的多普勒频移20-21
• 2.2.3 斜入射经逆反射接收情况下的多普勒频移21-22
• 2.3 PDV结构原理及探测原理22-23
• 2.4 二维测速基本原理23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 PDV测速系统关键器件制作及系统搭建介绍24-33
• 3.1 激光器控制电路设计制作24-29
• 3.1.1 驱动电路设计制作24-26
• 3.1.2 温控电路设计制作26-27
• 3.1.3 激光器输出性能测试27-29
• 3.2 光路搭建及装箱处理29-30
• 3.2.1 其他实验元器件29
• 3.2.2 光收发透镜及逆反射膜的介绍29-30
• 3.3 光子多普勒二维速度测量系统的搭建30-32
• 3.4 数据处理方法介绍32
• 3.5 本章小结32-33
• 4 实验测试及分析改进33-40
• 4.1 两种探头的比较33-34
• 4.1.1 基于自聚焦透镜检测实验33
• 4.1.2 基于光纤准直透镜检测实验33-34
• 4.2 单探头测速实验34-36
• 4.3 双探头测速实验检测36-39
• 4.4 本章小结39-40
• 5 结论与展望40-41
• 参考文献41-43
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的成果43-45
• 学位论文数据集45

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本文编号：1121414