光纤声光调制测振技术的研究

发布时间：2017-07-06 19:23

  本文关键词：光纤声光调制测振技术的研究

  更多相关文章： 振动测量 多普勒效应 光外差测量 声光调制 光纤

【摘要】：基于多普勒效应的激光外差法具有高精度、非接触等优势,但光路复杂测量距离短,因此本文研究了利用光纤声光调制测量振动的技术并进行了系统设计。利用声光调制技术,可以得到稳定的频移,形成光外差测量,具有高精度、高分辨力和抑制直流漂移等优点;利用光纤传导,可以实现远距离测量和传输,降低外界电磁干扰,提高系统信噪比;设计了智能化信号处理系统,可以实现振动信号的采集、处理及显示,还可以对系统进行监测和控制;基于虚拟仪器设计了上位机软件,可以对采集到的信号进行数字滤波和频谱分析。首先,分析了振动测量在各工程领域的应用和重要意义,分析了现有几种振动测量技术的原理,针对现有技术的不足提出了光纤声光调制测振技术;研究分析了利用声光调制技术测振的原理和方法,设计了测振系统并推导了数学模型,可以实现速度、加速度和位移的测量;特别针对轴类等旋转体设计了差动测量的模型,可以得到被测物体在二维平面内的振动情况;其次,为了实现系统的功能,设计了光路系统和硬件系统:选择了激光光源,并设计了光源稳频模块;选择了光电探测器,并设计了信号采集电路;在现有理论基础上设计了光纤耦合结构,在前端选择直接耦合方式,后端选择透镜耦合方式;在信号处理单元中嵌入智能化微处理器STM32F407,实现信号的采集和运算,可以监测系统的状态并进行补偿;选用触摸显示屏实现人机交互,既能显示振动测量结果,也可以对系统进行控制输入;为了实现对采集信号进行数值分析和频谱分析,基于虚拟仪器和数据采集卡设计了上位机信号分析软件。最后,对测振系统进行了性能试验,确定了声光调制器件的中心频率和带宽,求得了中心频率处衍射光偏转角的大小,为光纤耦合结构的设计提供了理论依据;利用声光调制测振系统检测标准振动台的振动,并与压电传感器形成对比实验检测机床振动,证明了所设计的测振系统的可行性,且较压电传感器测量具有明显优势;对测振系统的误差来源进行了分析,并提出了误差控制措施,有利于进一步提高系统的整体性能。
【关键词】：振动测量 多普勒效应 光外差测量 声光调制 光纤
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH825
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 振动测量的目的及意义9-10
• 1.2 振动测试技术的国内外研究现状10-14
• 1.3 论文主要研究内容14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 光纤声光调制测振技术的理论分析15-27
• 2.1 振动测量原理15
• 2.2 激光多普勒效应原理15-18
• 2.3 声光调制技术18-20
• 2.4 光纤光学理论20-24
• 2.4.1 光纤基本理论20-23
• 2.4.2 光纤耦合理论23-24
• 2.5 数学模型的建立24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 光纤声光调制测振系统的设计27-41
• 3.1 系统光路设计27-33
• 3.1.1 系统光源模块的设计28
• 3.1.2 声光调制器的选取28-29
• 3.1.3 光电探测器的选取29-31
• 3.1.4 光纤耦合器的设计31-33
• 3.2 系统电路硬件设计33-40
• 3.2.1 电源电路的设计34-35
• 3.2.2 信号检测放大电路35
• 3.2.3 信号解调电路35-37
• 3.2.4 低通滤波器的设计37-38
• 3.2.5 信号采集电路的设计38-39
• 3.2.6 触摸屏模块的设计39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 测振系统的软件设计41-48
• 4.1 测振系统的下位机程序设计41-44
• 4.1.1 AD采集程序设计41-42
• 4.1.2 FFT数据处理程序42
• 4.1.3 触摸屏程序模块42-44
• 4.2 测振系统的上位机程序设计44-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 测振系统的性能试验及误差分析48-59
• 5.1 声光调制器件的性能试验48-50
• 5.2 测振系统的性能试验50-54
• 5.2.1 用测振系统检测标准振动台50-52
• 5.2.2 测振系统与压电传感器的对比试验52-54
• 5.3 测振系统的误差分析与控制54-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-63
• 在读期间公开发表的文章63-64
• 致谢64

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本文编号：527527