基于激光干涉的声信号接收显示与处理研究

论文摘要

传统声信号探测接收主要采用拾振器和声压水听器等传感器,然而这些探测仪器的灵敏度一般较低。本文针对高灵敏度声信号探测接收装置研究的需求,对基于激光干涉的微弱声信号测量技术进行了理论和实验研究。首先,本文在初步介绍了声探测激光干涉技术的发展现状和应用前景的基础上,研究了激光干涉原理和干涉条件,分析了不同类型激光干涉仪的工作原理和光学元件的选择及性能测试方法。其次,研究了激光干涉仪调制解调技术和信号的消趋势处理方法。着重分析相位生成载波(Phase Generated Carrier, PGC)算法的原理和软件实现方式。为减小干涉条纹对比度对于软件解调效果的影响,对PGC算法进行了相应改进,提高了激光干涉仪的探测性能。结合低频微弱声信号的探测要求,对数据进行了消趋势处理,减小了低频随机干扰对解调性能的影响。再次,利用LabVIEW编程语言,编写了激光干涉仪的控制和处理软件。软件实现了对数据采集卡的控制和GPS信息的读取,实现了激光干涉信号的实时解调处理与显示,并能实现信号的消趋势和PGC算法改进等处理。最后,通过光学元件测试和光路调节,实际构建了基于激光干涉的声信号测量实验系统,对激光干涉仪和测控软件进行测试。实验测试结果表明,本文研制的激光干涉仪可以探测一定频率范围的低频微弱声振动信号,软件运行正常。本文研究了激光干涉仪光路设计、光信号调制解调算法、软件实时处理显示等几个关键技术,初步在实验室搭建可以用于进行低频声信号探测的实验装置。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 声探测激光干涉技术国内外研究现状
• 1.2.1 声探测激光干涉技术发展历程
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 第2章 激光干涉测量理论研究
• 2.1 激光干涉测量理论
• 2.1.1 激光干涉条件及影响因素
• 2.1.2 激光的相干性
• 2.1.3 激光束的准直
• 2.1.4 激光干涉仪分类
• 2.2 激光干涉仪信号调制解调方法
• 2.2.1 相位生成载波算法
• 2.2.2 反正切法信号解调
• 2.3 声信号消趋势项方法
• 2.3.1 矩形窗滑动平均法消趋势
• 2.3.2 中位数方法消趋势
• 2.4 本章小结
• 第3章 激光干涉仪的设计及解调算法研究
• 3.1 激光干涉仪光路设计
• 3.1.1 激光干涉仪光路图的设计
• 3.1.2 激光干涉仪光学元件的选择
• 3.2 数字化相位生成载波算法研究
• 3.2.1 载波频率的选择
• 3.2.2 低通滤波器的选择
• 3.2.3 PZT驱动电压的选择
• 3.2.4 相位生成载波算法仿真研究与改进
• 3.3 本章小结
• 第4章 软件编程与系统控制
• 4.1 虚拟仪器与LabVIEW软件平台概述
• 4.2 数据采集与存储编程
• 4.2.1 数据采集卡编程
• 4.2.2 数据存储编程
• 4.2.3 GPS信息读取
• 4.3 PGC算法的LabVIEW编程
• 4.3.1 基频载波和倍频载波的实现
• 4.3.2 信号混频的实现
• 4.3.3 低通滤波器的设计
• 4.3.4 信号的降采样
• 4.4 远程控制
• 4.5 软件控制界面
• 4.6 本章小结
• 第5章 激光干涉仪测试
• 5.1 光学元件性能指标的检测
• 5.1.1 激光器的检测
• 5.1.2 光隔离器的检测
• 5.1.3 反射镜的检测
• 5.2 激光干涉仪的搭建与调节
• 5.3 实验测试
• 5.3.1 干涉仪对不同频率信号的响应测试
• 5.3.2 低频声源发射声信号检测
• 5.4 信号解调结果研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢