弱光反馈自混合干涉高精度振动测量算法设计

发布时间：2019-08-02 18:26

【摘要】：基于光反馈自混合干涉的测量技术具有设备结构简单、光路易于准直、精度高、速度快等优点,可对物体的速度、振动、位移、形貌等进行非接触式测量。其中,物体振动及微位移的测量在生物科技、动力机械、建筑、交通运输等领域中发挥着不可或缺的作用。采用光反馈自混合干涉技术进行振动和微位移测量既可以实现纳米级的高精度测量,又可以解决复杂环境下无法实施接触测量的难题,具有广泛的应用前景,逐渐成为国内外学者研究的热点。论文提出了“软硬分离、模块集成”的设计思想,对光反馈自混合干涉振动测量系统架构进行了设计,改善了传统测量系统存在的开发周期长、升级困难、功能单一等不足。设计了弱光反馈下物体振动的“方向判断”算法。弱光反馈下,光反馈自混合干涉条纹的倾斜程度不明显,使得物体的振动方向难于辨别。为此,提出“极值斜率比”的概念对条纹的倾斜程度进行了量化,根据条纹倾斜程度的量化值判断物体振动的方向,提高了判断的准确性。对弱光反馈水平下“三镜腔法”的模型方程进行了深入分析,设计了一种高精度、大量程、易实现的振动测量算法“等相位截线法”。算法对干涉信号进行等初始相位采样,通过控制截线数量控制算法精度,实现了算法精度的可控性。克服了传统方法中精度和量程无法兼顾的缺点,实现了高精度和大量程的有效结合,使算法精度达到了纳米级。提出了方向函数和判断矢量的概念,避免了非线性化的数据处理,算法实现较为简单。对“方向判断”算法和“等相位截线法”的实现过程进行了仿真,并进行了波形对比和数据分析。结果显示,算法的量程较大,算法的最大误差可控制在4nm以内,验证了算法的正确性和可行性。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O436.1

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本文编号：2522292