全光纤激光干涉测速技术研究

论文摘要

全光纤激光干涉测速是一种根据激光多普勒效应和光学混频原理,结合光纤与光无源器件技术发展起来的精密测速技术,具有非接触、响应快、测速精度高、测量范围大、结构紧凑等优点,是当今速度测量领域中的前沿技术,已成为精确获取测试对象速度信息的重要技术手段。本文首先以干涉仪为技术核心介绍了几种主要的干涉测速系统,阐述了激光干涉测速技术的发展与现状,总结了全光纤激光干涉测速的技术优点；其次,从激光多普勒效应和光学混频原理出发论述了激光干涉测速技术的基本原理,进行了速度公式推导,设计了一种新型的全光纤激光干涉测速系统,并重点讨论了系统光源选择、前端光路设计、延迟光纤长度确定、光电转换模块等系统各关键技术；再次,针对系统只有一路有效信号输出的情况,研究了单路干涉信号的速度解调方法,编写了算法仿真程序,重点仿真比较了适用于平稳信号速度解调的FFT法和适用于非平稳信号速度解调的STFT法；最后,搭建了全光纤激光干涉测速实验平台,进行了霍普金森杆速度测量实验,对采集的干涉信号进行了有效处理,得到了预期的实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 激光干涉测速技术的发展与现状
• 1.2.1 干涉仪与干涉信号
• 1.2.2 位移干涉仪
• 1.2.3 传统速度干涉仪
• 1.2.4 光纤速度干涉仪
• 1.3 全光纤干涉测速技术国内外研究现状
• 1.4 论文的主要研究工作
• 2 激光干涉测速基本原理
• 2.1 光学多普勒效应
• 2.2 光学混频原理
• 2.3 速度公式推导
• 2.4 小结
• 3 全光纤干涉测速系统
• 3.1 系统技术参数
• 3.2 系统原理结构
• 3.3 系统关键技术
• 3.3.1 系统光源的选择
• 3.3.2 前端光路设计
• 3.3.3 延迟光纤长度的确定
• 3.4 光电转换单元
• 3.4.1 光电探测器
• 3.4.2 系统带宽估算
• 3.4.3 系统带宽分析
• 3.5 系统噪声分析
• 3.6 本章小结
• 4 速度信号解调方法
• 4.1 FFT法
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 仿真与分析
• 4.2 STFT法
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 仿真与分析
• 4.3 本章小结
• 5 速度测量实验
• 5.1 实验平台
• 5.2 霍普金森杆速度测量实验
• 5.3 实验信号分析
• 5.4 本章小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录