基于迈克尔逊干涉的风速测量系统的设计

发布时间：2020-10-30 01:54

　　 风速检测应用于气象观测、军事活动以及航空航天,同时与我们生产生活的各领域紧密相关。随着科学技术日益发展,对风速检测精度的要求逐渐提高。本文结合迈克尔逊干涉测量技术的高精度性,提出了一种基于迈克尔逊干涉的风速测量系统,并设计了测风传感结构。首先,搭建了迈克尔逊干涉光路,利用测风传感结构感应风速变化而产生形变,从而引起干涉条纹的位移。其次,通过嵌入式处理系统对所产生的干涉条纹图像进行实时采集、处理、存储以及显示,从而完成对干涉条纹位移量的跟踪计算。最终,建立干涉条纹位移量与风速的数学模型,来反演风速。本文介绍了系统的硬件电路设计,并对系统各模块进行软件编程,包括图像采集、图像存储以及图像显示等模块,同时给出了各模块的程序流程图。本文还对干涉条纹图像处理的算法进行了研究,其中包括图像预处理、二值化以及干涉条纹精确定位等算法,提出了干涉条纹位移量自动检测算法,并用Matlab进行仿真验证。最终,利用Keil开发环境,在STM32中实现了检测。搭建本系统的测风结构,进行了测风功能测试。实验表明,本系统能够实现对风速的高精度测量,且测量结果的一致性较好。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P414.7;TP391.41
【部分图文】：

代工业中的应用十分广泛。??迈克尔逊干涉仪是由物理学家迈克尔逊发明的一种精密干涉仪，其最初是被用来研??究“以太”漂移的［６］。迈克尔逊干涉仪实物图如图１－１所示。由于迈克尔逊干涉仪采用??的是双光束干涉原理，根据干涉条纹的形状、方向、疏密程度和条纹移动量等信息，可??反演与光程差相关的各种被测量信息，因此应用很广。常见的应用有：长度的精密测量、??折射率的测定以及波长的测量等等［７］。??｜?ｒ??Ｉ．??ｙ．?ｉ?ｉ?＾?Ｉ??？?＿??图１－１迈克尔逊干涉仪??目前利用迈克尔逊干涉仪的原理己经研制出多种专用干涉仪，例如泰曼－格林干涉??仪、傅里叶变换光谱仪等［８］；日本国家计量所提出一种新型的迈克尔逊干涉仪，该干涉??仪由复杂的数据分析电子系统、偏振迈克尔逊干涉仪和稳频塞曼激光光源构成，该仪器??已涉及一些基本常数的测量［９］。??低损耗光纤和半导体激光器的出现带动了光纤测量技术的飞速发展，而光纤干涉仪??则是重要的体现之一。另外，光纤作为传输和传感的媒质，对各种环境参数具有很高的??灵敏度

代工业中的应用十分广泛。??迈克尔逊干涉仪是由物理学家迈克尔逊发明的一种精密干涉仪，其最初是被用来研??究“以太”漂移的［６］。迈克尔逊干涉仪实物图如图１－１所示。由于迈克尔逊干涉仪采用??的是双光束干涉原理，根据干涉条纹的形状、方向、疏密程度和条纹移动量等信息，可??反演与光程差相关的各种被测量信息，因此应用很广。常见的应用有：长度的精密测量、??折射率的测定以及波长的测量等等［７］。??｜?ｒ??Ｉ．??ｙ．?ｉ?ｉ?＾?Ｉ??？?＿??图１－１迈克尔逊干涉仪??目前利用迈克尔逊干涉仪的原理己经研制出多种专用干涉仪，例如泰曼－格林干涉??仪、傅里叶变换光谱仪等［８］；日本国家计量所提出一种新型的迈克尔逊干涉仪，该干涉??仪由复杂的数据分析电子系统、偏振迈克尔逊干涉仪和稳频塞曼激光光源构成，该仪器??已涉及一些基本常数的测量［９］。??低损耗光纤和半导体激光器的出现带动了光纤测量技术的飞速发展，而光纤干涉仪??则是重要的体现之一。另外，光纤作为传输和传感的媒质，对各种环境参数具有很高的??灵敏度

代工业中的应用十分广泛。??迈克尔逊干涉仪是由物理学家迈克尔逊发明的一种精密干涉仪，其最初是被用来研??究“以太”漂移的［６］。迈克尔逊干涉仪实物图如图１－１所示。由于迈克尔逊干涉仪采用??的是双光束干涉原理，根据干涉条纹的形状、方向、疏密程度和条纹移动量等信息，可??反演与光程差相关的各种被测量信息，因此应用很广。常见的应用有：长度的精密测量、??折射率的测定以及波长的测量等等［７］。??｜?ｒ??Ｉ．??ｙ．?ｉ?ｉ?＾?Ｉ??？?＿??图１－１迈克尔逊干涉仪??目前利用迈克尔逊干涉仪的原理己经研制出多种专用干涉仪，例如泰曼－格林干涉??仪、傅里叶变换光谱仪等［８］；日本国家计量所提出一种新型的迈克尔逊干涉仪，该干涉??仪由复杂的数据分析电子系统、偏振迈克尔逊干涉仪和稳频塞曼激光光源构成，该仪器??已涉及一些基本常数的测量［９］。??低损耗光纤和半导体激光器的出现带动了光纤测量技术的飞速发展，而光纤干涉仪??则是重要的体现之一。另外，光纤作为传输和传感的媒质，对各种环境参数具有很高的??灵敏度
【参考文献】

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本文编号：2861793