激光多普勒测径关键技术研究

论文摘要

激光多普勒测量技术是指利用多普勒效应对物体的速度或尺寸进行测量的一种技术。该技术自发明以来,被广泛应用于气体、液体速度的测量。对固体速度的测量,虽有一些应用,但固体激光多普勒信号的产生机理尚没有完善的理论。本文在激光多普勒测量工件直径原理基础上研究多普勒信号的产生机理和设计多普勒信号的处理方案,目的是求出多普勒频移和工件直径。本文主要包括以下内容:首先介绍了激光多普勒频移的基本原理,分析几种常见光路结构的优缺点,并确定了本文采用的光路结构及其基本参数。此外,介绍了运用激光多普勒技术测量工件直径的原理及公式推导,并总结了激光多普勒技术的特点。其次研究了工件表面轮廓参数对散射光光强的影响。采用高度特征参数和间距特征参数表征工件表面轮廓,引入散射系数在工件表面轮廓参数和散射光光强之间建立了数学关系式,进一步分析了不同表面轮廓参数下信号质量的变化趋势。最后设计了多普勒信号处理的方案。散射光中包含着多普勒频移信息,为准确得出多普勒频移,利用傅立叶变换将信号从时域转换到频域。结合散射光光强呈高斯分布的特点,采用高斯曲线拟合技术和高斯平滑技术分别对信号进行分析与仿真,结果表明,高斯平滑技术能够准确得出含噪声信号的多普勒频移。在该方案的基础上,对不同表面轮廓参数下工件直径进行了仿真测量,进一步分析了测量中误差来源以及消除或控制的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容
• 第2章 激光多普勒原理和光路结构
• 2.1 多普勒频移的基本原理
• 2.1.1 相对论的多普勒频移
• 2.1.2 运动物体散射的多普勒频移
• 2.2 光学外差检测
• 2.3 激光测径的光路结构和基本参数
• 2.3.1 外差检测的基本光路结构
• 2.3.2 双光束光路的基本参数
• 2.4 激光测径的基本原理
• 2.5 激光多普勒测量技术特点
• 2.6 本章小结
• 第3章 多普勒信号产生机理的分析
• 3.1 多普勒信号特点
• 3.2 多普勒信号的影响因素分析
• 3.2.1 表面轮廓参数
• 3.2.2 散射系数
• 3.3 建立多普勒信号数学模型
• 3.4 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 多普勒信号处理
• 4.1 多普勒信号的处理流程
• 4.2 多普勒信号处理方法
• 4.2.1 信号处理方法概述
• 4.2.2 信号处理方法的选择
• 4.3 滤波器的选择
• 4.4 多普勒信号分析与处理
• 4.4.1 高斯曲线拟合技术
• 4.4.2 高斯平滑技术
• 4.4.3 仿真结果分析
• 4.5 工件直径仿真测量
• 4.6 误差分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢