激光多普勒测速仪的关键技术研究

发布时间：2017-03-26 07:15

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【摘要】：激光多普勒测速仪可以精确的测量运动物体的运动速度,所测量的物体可以是运动的固体,也可以是流动的液体。它依据光的多普勒效应,利用运动物体中粒子对入射光的散射,并用光电检测器件对散射光的频移进行测量,根据检测出的频移就可以推算出物体运动的速度。激光多普勒测速仪的优点有:动态响应快、测量范围大、空间分辨率高、精度高、无接触测量等,现在已经被广泛的应用于工业领域。本文研究的激光多普勒测速系统主要测量运动固体的速度,本文的主要内容包括光学的系统的设计、信号处理系统的设计以及速度显示部分的设计。1.光学系统的设计包括了对光源的选择,分光系统和光接收系统的设计。光源选用了线偏振光氦氖激光器;分光系统选用了分束镜和反射棱镜;光接收系统包括透镜、光电探测器、放大电路和滤波电路,其中透镜选用了大孔径透镜;光电探测器选用了雪崩光电二极管,并设计了三级放大电路将采集到的信号放大一千倍,然后采用二阶高通滤波器滤除噪声的干扰。2.多普勒信号从光信号转换为电信号后,需要把模拟信号转换为数字信号。信号处理系统将光接收系统采集到的信号用数字信号处理器(DSP)进行信号处理,该系统的硬件部分包括了中央处理模块、A/D转换模块和FIR滤波器。软件部分利用CCS(Code Composer Studio)作为开发平台,对数字信号处理快速傅里叶变换(FFT)的实验仿真。运用数字信号快速傅里叶变换(FFT)算法可以提取到多普勒频率,由多普勒频率推算出物体的运动速度。3.将DSP中处理的数字信号利用USB传入计算机中,通过Matlab设置人机交互界面——GUI(Graphical User Interface)图形用户界面。本文针对以上理论设计搭建了一套多普勒测速系统,实现了对物体运动速度的测量。验证了激光多普勒测速技术的可能性。
【关键词】：激光多普勒测速 数字信号处理 快速傅里叶变换 CCS
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 激光多普勒测速技术的历史背景8-10
• 1.2 激光多普勒技术的研究现状及意义10-11
• 1.3 本课题的主要研究内容11-14
• 第二章 激光多普勒测速的基本原理14-20
• 2.1 光波的多普勒效应14-16
• 2.2 多普勒信号的模型16-18
• 2.3 光外差检测技术18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 激光多普勒测速光学系统设计20-28
• 3.1 激光测速光学基本模式20-23
• 3.1.1 参考光模式20
• 3.1.2 单光束—双散射模式20-21
• 3.1.3 双光束—双散射模式21-23
• 3.2 光路结构设计单元23
• 3.2.1 光源的选择23
• 3.2.2 分光元件和透镜的选择23
• 3.3 光接收系统的设计23-26
• 3.3.1 光电探测器的选择23-25
• 3.3.2 前置预处理电路25-26
• 3.4 本章小结26-28
• 第四章 系统信号处理硬件部分设计28-36
• 4.1 系统总体设计28
• 4.2 DSP最小系统模块28-32
• 4.2.1 中央系统模块28-29
• 4.2.2 电源的设计29-30
• 4.2.3 时钟电路30-31
• 4.2.4 复位模块31
• 4.2.5 JTAG接口31-32
• 4.3 DSP外围电路设计32-35
• 4.3.1 A/D转换模块32-33
• 4.3.2 存储单元33-34
• 4.3.3 主机接口模块34-35
• 4.4 本章小结35-36
• 第五章 多普勒信号的处理36-56
• 5.1 激光多普勒信号的特点36-38
• 5.2 激光多普勒信号的处理方法38-43
• 5.2.1 频谱分析法38-39
• 5.2.2 频率跟踪法39-40
• 5.2.3 计数法40-41
• 5.2.4 数字相关信号处理41-42
• 5.2.5 快速傅里叶变换42-43
• 5.3 FFT算法原理43-47
• 5.4 FIR滤波器设计47-53
• 5.4.1 FIR滤波器程序的DSP实现49-52
• 5.4.2 FFT程序的DSP实现52-53
• 5.5 GUI界面的设计53-54
• 5.6 本章小结54-56
• 第六章 系统实现以及调试56-60
• 6.1 实验平台的搭建56-57
• 6.2 实验结果及分析57
• 6.3 本章小结57-60
• 第七章 结论与展望60-62
• 7.1 结论60
• 7.2 展望60-62
• 参考文献62-64
• 附录A64-66
• 致谢66

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1 施卫东;汪飞;;激光多普勒测速技术的基本原理与结构[J];佳木斯工学院学报;1992年03期

2 庞骐;;激光多普勒测速:用光纤探头测量涡轮机叶端间隙[J];光机电信息;2006年09期

3 王s

本文编号：268470