激光多普勒测振仪中光学天线的优化设计与测试

传统的激光测振仪多使用氦氖激光器,不满足人眼安全条件,在户外容易受到太阳光干扰。其使用的光学天线大多数仅能工作于氦氖激光器的辐射波段,同时存在结构复杂、成本较高、收集效率低、工作距离较短等不足。为了解决以上问题,基于近红外波段透镜组的扩束和聚焦原理,以Zemax作为设计工具,以点列图和波前图为主要分析手段,设计并制作了一款可工作于1550 nm的三片式收发一体光学天线,结构简单,成本低。分析结果显示:在0.3~15.0 m的工作距离范围内均可获得直径小于2 mm的聚焦光斑;测试结果显示其最大收集效率可达到51.6%。同时,将该光学天线应用于自主设计搭建的激光多普勒测振仪中,实现了不同工作距离下的振动测量,有效扩展了激光测振仪的应用范围和应用场景,在机械、航空、建筑、医学、农学等领域有很大的应用潜力。

一种激光多普勒测振仪的自我消噪技术

该文通过在系统中增加反光器,实现了仪器自振的测量,并依据仪器自振信号设计一种可自我矫正的新型激光多普勒测振系统,并与传统测振系统进行对比。新系统所测信号的频谱分析图明显更接近拾震器所测结果,均方误差平均值为0.08%。此外,新系统的测量误差平均降低了1.06个百分点,有效信号信噪比平均提升22.72 dB。新系统的测量精度会随着设备自振的增加有明显升高,但提升的效果会存在一定阈值限制。

全光纤激光多普勒测振仪空气耦合振动检测

采用外差探测方式,建立了全光纤结构的激光多普勒测振仪,用来测量经空气传播耦合引起的散射体振动,以期感知振源振动信息。实验探索了散射体材料、固定方式和相对振源位置等对空气耦合振动的影响,得到了200～2700Hz频率范围内6种散射体振动响应特性曲线。结果表明:通过空气耦合引起的散射体振动,在相同振源振幅下,散射体振动的振幅一般随频率升高而升高;在材料、固定方式和相对振源位置等因素中,散射体材料对振动响应特性的影响是主要的,后两者只影响局部细节。

激光多普勒测振仪误差分析

激光多普勒测振仪具有非接触测量,测量精度高等优点,广泛应用于机械、桥梁等行业的振动测量。为了提高激光多普勒测振仪测量精度,必须从硬件和软件两个方面降低测量误差。本文分析激光多普勒测振仪主要误差源,提出减少测量误差措施。

激光多普勒测振仪在炸药加载冲量测量中的应用

在采用炸药加载模拟锥壳结构遭受X射线辐照的结构响应实验中，利用激光多普勒测振仪测量了锥壳表面特征点的水平方向速度曲线。并从载荷的侧向余弦分布特点出发，推导了根据锥壳刚体运动的质心水平方向初速计算加载比冲量峰值的公式。同时根据锥壳表面的质点运动特征，提出了截取结构响应基本结束之后的曲线段进行算术平均，通过理论计算修正得到锥壳刚体运动的质心水平方向初速的数据处理方法。最后给出并分析了测量结果，结果表明：采用激光多普勒测振仪可以测量炸药加载下结构的刚体运动速度，从而可进一步计算分析结构受到的栽荷大小，其精度可以满足工程测量的要求。

基于激光多普勒测振仪的透明固体二维动态应力场测量

激光多普勒测振仪(Laser Doppler vibrometer,LDV)是一种测量物体表面振动的仪器,被广泛应用于基础科学领域。为得到LDV的测量值和固体中应力值的关系,中国科学院声学研究所超声技术中心左炜翌及其导师安志武等提出了一种新型测量方法,可以直接测量透明固体中的应力场。相比电测法、光弹法等传统方法,这种新型测量方法具有较高的灵敏度和直观性,可用于透明固体内超声波的观测。此外,该方法仅对动应力敏感,对静应力无响应,因此具有不受透明固体残余应力影响的优点。

激光多普勒测振仪研究综述

激光多普勒测振仪以其在振动测量方面的优良特性,越来越受到人们的关注。本文介绍了激光多普勒测振仪的测振原理,重点介绍了单点式激光多普勒测振仪、扫描型激光多普勒测振仪、三维多普勒激光测振仪等的工作原理及优缺点。针对存在的问题与不足,对其在工程应用中的关键技术进行了探讨,提出改进建议。

利用激光多普勒测振仪的空气耦合超声声场测量

针对空气耦合超声信号微弱、难以直接测量的问题,进行了空气耦合超声声场测量的实验研究.使用激光多普勒测振仪测量由声波引起的激光路径上的介质折射率变化,进而得到空气和固体材料内部的时域瞬态声压.通过直接测量空耦换能器的辐射声功率,给出对单个空耦换能器灵敏度的直接评价方法.用空耦换能器激励K9玻璃板的漏兰姆波,观测到空气中的直达波和反射波、固体板内和空气中的漏兰姆波,实现了空气和固体中微弱声波的非侵入式实验测量,为空耦换能器的特性评估和空耦检测系统的声场测量提供了实验方法.

DRNN在激光多普勒测振仪测声系统中的应用

为了降低激光多普勒测振仪在测声过程中给语音信号中引入的噪声,采用深度循环神经网络语音信号去噪的方法,对从激光多普勒测声系统采集回来的语音信号做降噪处理,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,利用层数为1层～3层、每层神经元个数为1024的深度循环神经网络,对-6dB～6dB信噪比的语音信号进行处理,随着层数的增加,语音信号的质量在多项评价指标上达到8dB～12dB的提升;深度循环神经网络可以有效对激光多普勒测声系统采集的语音信号进行降噪处理。该研究对提升语音信号的质量有着实际意义。

三维激光多普勒测振仪研究

激光测振仪具有非接触测量,时间与空间分辨率高等优点,广泛应用于微机电系统(MEMS)、机床、汽车等行业振动测量。本文综述了三维激光多普勒测振仪国内外研究成果及应用,简要分析其存在的问题及发展趋势。

激光多普勒测振仪在汽车零部件模态分析中的应用

研究了激光多普勒测振仪在汽车零部件模态分析中的应用。创新地提出了一种非接触式的振动测量方法,相对于传统的测量方法具有响应频带宽、速度分辨率高、测量时间短以及可实现远距离测量等优点。基于激光多普勒测振技术,以汽车车门为研究对象,进行了敲击试验数据采集及模态分析,获得了车门的前6阶模态参数,并进行了车门网格建模及约束布置,根据所计算的频响函数,得到了车门的前6阶模态振型,结合汽车外界激励标准及所得模态参数,满足了该车门的模态特性评估要求,体现了激光测振仪在汽车NVH研究上的应用优势及广阔的应用前景。

基于激光多普勒测振的危岩体岩桥长度测量

危岩块体的快速识别,一直是岩土工程灾害研究的热点和难点问题。实际上,岩桥贯通是导致岩体失稳的重要因素,因此在对边坡危岩进行快速识别时,需要对岩桥长度等进行定量评价。通常岩桥的直接测量是很难实现的,这不仅需要详细的地质信息,还需要大量的原位实验进行评价。这些工作往往耗时且耗费昂贵,而间接的评估方法更容易应用于工程实践。基于此,应用新型激光多普勒测振仪(LDV),对岩体进行远程振动监测得到其固有振动频率;基于物理力学模型,分析基于固有振动频率的岩桥计算长度间接测量算法;讨论岩桥贯通率指标的模糊识别算法及其应用优势。实验中,基于激光多普勒测振仪的固有振动频率监测可为岩块体岩桥长度提供数据支持,误差最大为16.47%,最小为0.46%,平均误差为6.81%,相关性高达0.9857。同时,该技术还可实现岩桥贯通率等指标的模糊识别,其方法所计算的结果与实际基本吻合,平均误差仅为3.25%。这种岩桥贯通率的模糊识别计算方法,不需要块体大小和质量等信息,可为现场提供1种相对方便的危岩体早期判识指标,从而实现提醒工程注意和预警的目的。基于LDV的振动监测可为危岩体的快速识别提供数据支持,并为工程中更好的应对边坡崩塌灾害提供支持。

基于五束光的三维多普勒测振仪设计（英文）

为了实现物体的三维振动分析测量,设计了一种基于五束激光的多普勒振动测量系统。该系统将五束激光汇聚到一个焦点,并照射到被反射膜覆盖的被测物体表面,经过反射后,散射光被光电二极管接收,并进入高精度信号处理系统,分别得到五路振动信息,通过计算机处理后,可以分别解析得到包括频率和振幅的三维振动信息。实验结果表明,该系统有望被应用于高精度的无接触振动测量。

利用多普勒原理测量微机电系统中微结构的动态特性

介绍了将显微扫描激光多普勒测振仪与基础激振法相结合的微结构动态特性的非接触无损测量方法、扫描激光多普勒测振仪的工作原理、设计的基础激振器及其驱动信号,并给出典型微结构——微悬臂梁的测量结果。测量结果与理论计算及有限元仿真结果相符,验证了该方法的有效性。

一种基于多普勒的车用滚动轴承振动测试方法

本文介绍了一种基于激光多普勒测振仪测试数据及相关的数据分析方法,阐述了测试装置、测试方法以及测试结果分析等内容。试验结果显示,本方法可对运转滚动轴承振动速度和位移多通道同时进行测试,测试准确度高,功耗低,测试方法简单,处理效率高,适用于在多种复杂工况下满足变径实现对不同轴径滚动轴承的振动性能测试。

应用激光多普勒测振仪的岩块体累计损伤评价试验研究

岩块体崩塌破坏的突发性使其成为最难预防的地质灾害,严重威胁人类的生命财产安全.边坡岩块体崩塌破坏多是系统不稳定导致的动力破坏,而用振动特征参数来进行安全监测和损伤评价更为有效.本文应用激光多普勒测振技术,通过固有振动频率对危岩块体主控结构面的黏结力损伤进行定量分析.通过改进后的极限平衡模型,得出结构面不断劣化块体的安全系数由原来的1.17下降到1.04,与实际破坏结果相符.试验结果表明:固有振动频率一方面可对危岩块体累积损伤进行有效识别,另一方面可以为黏结力参数的合理确定提供客观的数据支持.因此,基于固有振动频率分析的激光多普勒测振技术可实现边坡岩块体的累计损伤评价,并将在未来的工程应用中发挥巨大的作用.

激光超声溢油油膜厚度遥测方法试验研究

针对我国目前缺乏测量距离远、精度高、量程大的海洋溢油油膜厚度遥测系统的问题,基于激光超声测量油膜厚度原理,提出了一种基于激光激发超声和激光多普勒测振仪测量的溢油油膜厚度测量方法,使用355 nm大能量脉冲激光器在油膜表面激发超声波,使用扫描式激光多普勒测振仪对油膜表面振动信号进行检测,通过二次相关法对超声波在油膜内传播的时间进行估计进而计算油膜厚度.搭建试验系统,在实验室条件下对不同厚度的油膜样品进行了测量,测量结果表明该试验系统油膜厚度测量结果与直尺直接测量结果相一致,实现了对溢油油膜厚度的测量,可应用于海洋溢油油膜厚度遥测.

基于激光多普勒测振仪的鼓膜振动检测方法与研究进展

激光多普勒测振仪用于检测鼓膜振动,能够帮助人们了解中耳传声性能,在临床诊断、术后效果评估等方面均具有积极意义。由于国内鼓膜振动相关研究起步较晚,对检测方法等缺乏报道,本文主要从鼓膜振动检测原理、激光多普勒测振仪检测方法及相关研究现状等方面做一综述。

基于远距离激光测振仪的痕量危险品探测

光声/光热光谱技术已经广泛应用于痕量危险化学品和爆炸物的探测,并显示出高效的探测能力。然而,该技术通常需要在光声池中进行分析,并使用高灵敏度麦克风或压电传感器记录振动信号,因此不适用于在安全距离外的开放环境中探测泄漏的危险物质或爆炸物。为此,利用强度调制的量子级联激光器(QCL)激发微量固体(聚四氟乙烯)和气体(丙酮)的光声效应,借助自主研发的远距离激光多普勒测振仪(LDV)对QCL产生的光振动信号进行检测。通过扫描QCL的波长,测量振动信号的幅值并获取光声光谱,其结果与傅里叶变换红外光谱的结果高度一致。实验结果表明,自制的远距离LDV可以在距离达200 m的开放环境下有效地检测痕量固态和气态化学品的光声信号。

激光多普勒测振技术应用的新进展

近年来,伴随着现代工业的高速发展,非接触式测量技术受到越来越多的关注。激光多普勒振动测量作为一种干涉测量技术,能够适用于难以通过加速度计或其他表面接触传感器获得振动测量的应用场景。激光多普勒测振仪(LDV)自1983年诞生以来,凭借其高精度、高效率、便于携带等特点,逐渐成为目前应用最广泛的非接触式振动测量设备,被广泛应用于各行各业。本文在分析激光多普勒测振技术基本原理的基础上,介绍了近年来LDV在农业、生命医学、航空航天,以及建筑工程领域的应用。