基于相关测量技术的激光测速系统研究

论文摘要

无接触式测量是当今机械测量的一个重要课题。随着工业和科技的迅速发展,对广泛存在于工业领域的非接触测试机理和方法的认知、利用显得愈加重要。在工业生产和计量检定等领域广泛存在固体表面运动测量的要求,本课题就是研究无接触测量钢铁工业中传送带的带钢速度。本文从采用非接触式测量方法测量固体表面的运动速度出发,将二次相关测量技术运用到固体运动速度检测中,研究一种基于相关测量技术的激光测速系统,以达到实时性、高精度的非接触在线测量的目的。首先,本文在详细阅读国内外有关文献的基础上,总结非接触运动测量的发展历史、现状,对其基本原理、检测方法和研究成果进行详细的论述,对目前比较成熟的非接触运动测量方法的适用条件进行分析,选择易实现、光路成本低的相关测量技术。根据相关测量技术对光路结构的要求,探讨如何设计激光发射系统和激光接收系统以及相应器件的选择标准。其次,通过对反映固体表面速度特征信号的分析,建立相关测速的数学模型,阐述相关测速原理,引出渡越时间这一重要参数。继而就渡越时间的相关测量方法进行了分析比较,就一次相关算法在较高噪声强度下,无法精确测量渡越时间,提出二次相关分析算法,并用实验验证其理论的可行性。最后,通过分析、设计信号采集模块、信号的噪声处理模块(滑动平均处理、工频噪声信号处理、随机干扰信号处理)、信号的二次相关计算模块和峰值检测模块,利用NI公司的LabVIEW平台,搭建了相关测速系统,通过仿真结果,验证此系统的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 同类研究在国内外研究现状及发展方向
• 1.3 本文的研究工作及安排
• 2 激光测速系统的光路设计
• 2.1 激光相关测速的光路结构
• 2.2 激光发射系统的设计
• 2.2.1 激光器
• 2.2.2 分光器
• 2.2.3 光学发送系统
• 2.3 激光接收系统的设计
• 2.3.1 激光接收系统的性能指标和方案选择
• 2.3.2 光电探测器
• 2.3.3 前置放大器
• 3 相关测速系统的信号处理
• 3.1 相关分析的基础理论
• 3.1.1 相关
• 3.1.2 连续域的相关分析
• 3.1.3 随机信号的频域处理方法
• 3.1.4 离散域相关函数
• 3.2 相关测速的基本原理
• 3.3 测量渡越时间的相关方法
• 3.3.1 互相关函数法
• 3.3.2 互功率谱密度函数法
• 3.3.3 逆对数谱密度函数法
• 3.3.4 渡越时间相关方法比较
• 3.4 二次相关分析
• 3.4.1 一次互相关分析
• 3.4.2 快速傅立叶变换相关函数法
• 3.4.3 自相关分析
• 3.4.4 二次相关分析
• 3.5 二次相关分析的实验验证
• 3.5.1 一次相关分析算法实现
• 3.5.2 二次相关分析算法实现
• 3.5.3 实验结果
• 4 固体表面速度的相关测量系统研究
• 4.1 激光相关固体表面测速系统的构成
• 4.2 数据采集模块
• 4.2.1 采样频率
• 4.2.2 数据采集
• 4.3 信号的噪声处理
• 4.3.1 滑动平均处理
• 4.3.2 工频噪声信号的软件处理
• 4.3.3 随机干扰信号的软件处理
• 4.4 信号的二次相关计算
• 4.5 峰值检测模块
• 4.6 仿真研究
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢