激光多普勒高速形变位移测量系统的研究

摘要

20世纪以来,随着现代工业技术的发展,振动位移测试技术作为研究和解决工程实际问题不可缺少的一种手段,在生产和科学研究中的重要作用已被人们广泛接受.测量振动位移的方法有很多,激光多普勒振动位移测量的方法具有精度高、动态响应快、测量范围大、非接触测量等特点,已成为当今振动位移测试技术重要的发展方向.本文从实际应用的角度出发,对激光多普勒高速振动位移测量的理论和信号的检测、处理和分析进行了理论和实验研究,并将其运用于密封圆柱形罐体爆炸现场的表面振动位移测试. 第一章介绍了几种常用的振动位移测量技术,比较了各种测量方法的优缺点和适用范围. 第二章介绍了激光多普勒技术的基本原理和基本的测量光路,并根据本课题要求设计了外差式纵向多普勒振动测量系统光路,并在参考路中加入了声光调制器件来实现频移,解决了速度测量的辨向问题. 第三章针对本课题信号微弱的特点,设计了集光电检测、信号滤波和放大功能于一体的微弱信号检测电路,并提出了解决噪声干扰的具体措施. 第四章介绍了对信号的采集和几种常用的多普勒信号处理方法,并根据本系统信号的高频、宽带、大动态范围、非平稳的特点,提出了采用短时傅立叶变化的方法来对信号进行处理,从而得到振动位移的变化情况. 第五章以定性分析、定量分析和现场测试三个步骤对系统性能进行了测试,分别用振动音箱、振动台和爆炸圆柱形罐体三种方法来实现,通过一系列对比实验,本系统的测试结果达到了预期要求. 文章最后总结了本系统的不足之处,分析了原因,并提出了一些改进意见和对下一步工作的展望.

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2几种激光振动位移测量方法的比较

1.2.1电子散斑法[1][2]

1.2.2激光全息法[3][4]

1.2.3激光三角法[5][6]

1.2.4激光多普勒技术

1.3激光多普勒技术的发展概况

1.4本系统设计要求

1.5研究工作概述

第二章光路设计

2.1散射体的多普勒频移

2.2光学外差原理

2.3外差检测的基本模式和基本光路结构

2.3.1外差检测的基本模式

2.3.2外差检测的基本光路结构

2.4固体散射体测量的基本光路结构

2.4.1散射体横向多普勒测量光路

2.4.2散射体纵向多普勒测量光路

2.5本系统光路设计

2.6激光器的选择

2.7方向鉴别、频移和声光器件

2.7.1方向鉴别、频移[26]

2.7.2声光器件[27][28]

第三章微弱信号检测

3.1多普勒信号的特点

3.2光电检测器件的选择

3.3放大滤波电路的设计

3.3.1滤波电路的设计

3.3.2放大电路的设计

3.4完整的电路设计

3.5高频电路的抗干扰措施

第四章多普勒信号的采集和处理

4.1多普勒信号的处理流程

4.2信号的采集

4.3常用的信号解调处理方法

4.3.1频谱分析[40]

4.3.2频率跟踪解调[41][42]

4.3.3计数式信号处理[43]

4.4本系统的信号解调处理方法

4.5位移的计算

第五章系统性能测试

5.3喇叭振动测试

5.2振动台测试

5.3密封圆柱型罐体爆炸的表面振动现场测试

第六章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢