激光探测尾流的控制系统研究

论文摘要

基于激光尾流自导技术的探测装置以光波作为传递信息的载体,具有探测距离远、命中精度高、不受电磁及环境噪声干扰等优点。尾流激光探测装置的控制系统是保证装置稳定、精确和高效工作所必不可少的一部分。本论文以研究激光探测装置的控制系统为中心展开工作。首先以激光探测尾流气泡的Mie氏散射理论和探测装置的结构为基础,设计了探测装置控制系统的总体方案,然后以扫描系统、数据采集系统和信号处理系统为重点,设计自动化控制方案及其在硬件和软件上的实现,最后通过测量尾流气泡180°后向散射实验来验证系统的可行性。论文的主要研究内容是探测装置控制系统的方案设计和实现。在实现控制系统硬件设备的基础上,采用LabVIEW编写主控计算机与各设备的监控软件以及控制系统的操作界面。在控制系统中,采用扫描振镜作为扫描系统的主要部分,通过程序控制振镜转动角度的自动调谐,实现二维区域扫描的功能;通过采集卡实现对后向散射信号的数据采集,以及计算机与扫描系统和采集系统之间进行通信的功能;最后在计算机中实现信号处理的功能,用功率谱估计的方法获得尾流气泡的信息。本文在实验上验证了控制系统的可行性及其功能。首先通过测量后向散射信号的实验说明了控制系统的方案能够按照预定的要求实现探测功能,由测得的后向散射信号分析尾流轮廓的实验说明了该控制系统能实现的功能,而连续扫描方式的实验证明了控制系统中的自动扫描方式不仅能够提高测量的稳定度和效率,还能够由分析获得更多的尾流信息。实验结果表明,该控制系统可以实现探测尾流气泡上180°后向散射信号的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 激光探测尾流技术的国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 控制系统的研究进展
• 1.4 课题来源及论文主要工作
• 第2章 尾流气泡激光探测装置控制系统的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 尾流气泡激光探测技术概述
• 2.2.1 尾流气泡激光探测技术的理论依据
• 2.2.2 激光探测装置的组成
• 2.2.3 激光探测装置的工作过程
• 2.3 探测装置控制系统的总体设计
• 2.3.1 探测装置控制系统的工作原理
• 2.3.2 探测装置控制系统中子系统的功能介绍
• 2.4 本探测装置控制系统的工作流程
• 2.5 本章小结
• 第3章 激光探测装置制控制系统的设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 控制系统的设计方案
• 3.3 硬件的选择
• 3.3.1 采集卡选型
• 3.3.2 采集卡的安装与配置
• 3.4 软件开发工具的选择
• 3.5 扫描系统的方案设计
• 3.5.1 扫描振镜
• 3.5.2 扫描方式的设计与实现
• 3.6 数据采集系统的方案设计
• 3.7 信号处理系统的方案设计
• 3.7.1 后向散射信号的时域分析
• 3.7.2 后向散射信号的频域分析
• 3.7.3 信号处理方案的设计与实现
• 3.8 本章小结
• 第4章 激光探测装置控制系统的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 尾流气泡后向散射信号的测量与分析
• 4.3 连续扫描方式的实验及分析
• 4.4 尾流轮廓模拟的实验及分析
• 4.4.1 不同型号螺旋桨产生的尾流轮廓
• 4.4.2 不同转速螺旋桨产生的尾流轮廓
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学位论文
• 致谢