全光纤声光调制径向跳动差分测量技术研究

为了实现机床在加工状态下主轴径向跳动非接触、高精度的测量,采用光外差法光路的激光多普勒差分检测方法,进行了理论分析和实验验证。直接耦合和透镜耦合的全光纤光路的应用,降低了布喇格衍射光路的调节难度,提高了测量分辨率和抗干扰能力,减小了噪声;光纤分光器实现了同一轴线上的差分测量,抑制了因测量光路本身的振动带来的干扰。得到了相对误差为0.0838%的主轴径向跳动测量结果,实现了纳米级跳动误差测量。结果表明,系统的相对误差和测量不确定度均小于0.1%。该研究对主轴径向跳动的实时测量有一定的指导意义。

全光纤声光调制粗糙度相关测量技术研究

表面粗糙度对机件的性能有直接影响,为了实现对其髙精度、高分辨力的非接触测量,提出了全光纤声光调制的粗糙度相关测量技术。应用外差激光多普勒测量原理,提高了测量的准确性。单模光纤作为传输介质并在测量系统中采用多种耦合技术,保证了传输的可靠性。通过理论推导,建立数学模型。对接收信号采取互相关函数累计减少误差的处理方法,提高了输出信噪比和测量精度,通过对比测量得到相对误差为0.0688%的测量结果,实现了纳米级测量。结果表明,系统的不确定度小于0.1%,与传统的粗糙度测量方法相比,解决了诸多问题。

传递函数快速相关法的激光测速技术研究

激光技术测量是实现传送带、热轧钢板等运动物体测速的主要手段,为了改善测量精度和响应速度,提出系统传递相关分析测速技术。采用计算发射端和接收端之间两路信号的系统传递函数进行相关性分析的方法,进行了理论验证和实验分析,得到了相对误差小于0.1%的实验结果。结果表明,利用系统传递函数相关分析构建激光测速系统,代替解调电路,简化信号调理电路,可降低电路部分引起的不确定度;互功率谱函数法实现快速相关分析和频域求得系统传递函数,可提高系统响应速度;合理设置发射端间距,取样积分提高测量信噪比,降低环境引起的不确定度,测量不确定度小于0.2%。该研究对传送带速率的实时测量有一定指导意义。

自相关处理的光纤多普勒流体测速系统的研究

通过对流体运动速度进行测量,可以对流体的各项指标进行实时分析,为了区别于传统测量,实现非接触高精度测量同时降低噪声信号的影响,提出了自相关算法的全光纤多普勒测速技术。通过对测量系统的分析,结果显示,通过斐索干涉法,利用光纤进行传输,简化了测量光路,抗干扰能力强,分辨率高;在自相关算法下的测速系统设计,可以有效降低噪声影响,提高对多普勒信号峰的处理能力;取样积分技术的应用,对信噪比有很大的改善,使测量精度更高;该系统的不确定度小于0. 1%,解决了传统测量方法很难解决的问题。