基于Root-MUSIC算法的激光扫频干涉测量方法研究

玻璃的厚度作为工业生产中的一项重要的指标,如何对其快速的测量成为了研究热点。提出采用激光扫频干涉测量方法,将采样的信号进行插值拟合,校正其拍频非线性,再通过频谱估计法获取距离信息。当测量厚度较小的玻璃时,FFT算法因受栅栏效应和频谱干涉的影响,导致难以在频谱图中将玻璃前后表面的频率区分出来。为解决该问题,采用Root-MUSIC算法处理信号,实验结果表明在FFT算法分辨临近目标频率失效的情况下,Root-MUSIC算法可以进行有效区分,运算效率也远高于MUSIC算法,且精度可达50微米左右,为解决玻璃厚度测量问题提供了思路。

基于相参积累激光扫频干涉液位测量方法研究

工业生产中,容器内液位高度的控制是生产运输过程中对确保设备正常运行和维护人员生命安全具有重要意义。本文提出采用激光扫频干涉测量系统对液位进行测量,该方法具有诸多优势,如测量范围大、非接触式测量、响应速度快和操作便捷等。由于液体对红外光的吸收率相对较高,导致测量系统采集到的回光信号非常微弱,同时信噪比也不够理想。为解决此问题,本文引入相参积累方法,并将其与测量系统相结合,以提高液位检测的精准度。在信号的各个周期中,信号携带的有效信息保持一致,噪声信息是则随机的,因此通过相参积累方法处理后,不仅可以增强信号强度,还可以提升信噪比。再通过扩相频率采样法进行信号的非线性校正,最后对数据进行处理就,即可以获得液位信息。实验结果表明,相参积累方法对增加信号强度与信噪比有显著效果,为解决低信噪比下提升测量精度问题提供了思路。

基于Lomb-Scargle算法的激光扫频干涉非线性校正方法

激光扫频干涉测量技术因其精度高、抗干扰能力强等优势成为研究热点.而激光器调频的非线性问题一直是影响测量精度的关键因素,非线性带来的直观结果就是拍信号的频谱严重展宽,造成测距精度下降.为解决该问题,本文提出了一种基于Lomb-Scargle算法的非线性校正方法,搭建了具有辅助干涉仪的激光扫频干涉测量系统,通过对辅助路拍信号进行希尔伯特变换提取相位,再基于提取到的相位信息生成一个新的时间序列,结合Lomb-Scargle算法,将非线性校正与拍信号频率计算同时进行.作为验证,对于0.5—1.3 m范围内的目标进行了测量,最大误差为14μm.区别于传统频率采样法校正原理,本文提出的校正方法并不是以辅助路的拍信号对测量路进行重采样,所以无需满足辅助干涉仪光程差大于测量路光程差两倍的条件,因而可为增大测距量程提供一种思路.

基于旋转不变技术信号参数估计的激光扫频干涉测量方法

激光扫频干涉测量技术具有无测距盲区、非接触、单次测量多目标的能力.通过傅里叶变换可提取目标拍频频率,进而解算距离.然而受激光器调频带宽限制,通过傅里叶变换得到的目标分辨率受限于固有分辨率.为解决该问题,本文提出采用基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法对测量信号进行频谱分析.实验通过插值拟合法校正测量信号拍频非线性,进而采用ESPRIT算法测量目标距离,结果表明在傅里叶变换算法无法区分临近目标频率的情况下,采用ESPRIT算法可以区分出目标的频率,通过计算可得被测目标的厚度为2.08 mm.从而为诸如光纤临近损伤点、薄台阶高度或小孔等测量提供了思路.

基于激光扫频干涉测距系统的玻璃厚度测量方法

玻璃作为工业原材料的基础,其产量和质量的提升在实际应用中有重要的作用,如何高速且精确地测量玻璃厚度成为了玻璃生产线亟待解决的问题。在众多测量方法中,激光测距具有精度高、速度快、非接触及操作便捷等优点。利用激光扫频干涉测距系统测量激光发射器到玻璃待测件前后表面的距离,计算距离差求得玻璃待测件的厚度。实验先获得距离的拍频信号,对拍频信号利用插值拟合法进行非线性补偿,实现非线性校正。通过对非线性校正后的拍频信号进行插值处理,插值后的测量信号点数为插值前的20倍,相位信号变得光滑,再拼接,减少频谱泄露对实验结果造成的影响,最后对拼接后的信号进行快速傅里叶变换,求得待测玻璃前后表面距离差即玻璃厚度。实验结果表明,未经相位拼接处理的玻璃厚度误差在50μm以内,经过相位拼接处理的玻璃厚度误差在15μm以内,相位拼接方法有效提升了工业上玻璃厚度测量的精度。

数控机床几何误差的辨识研究

构建了基于扫频激光干涉技术的数控机床几何误差测量系统,介绍了测量系统的关键组成模块,给出了扫频激光干涉测量系统的总体结构和工作原理。以三轴数控机床为例,分析了数控机床的几何误差参数并构建了机床综合误差模型,分析了机床几何误差参数不同的辨识方法的特点,提出机床几何误差参数辨识的7线法,基于此系统实现误差数据的采集和机床几何误差参数的快速辨识;最后通过具体试验测量三轴数控机床误差,得到其几何误差参数的辨识结果。

基于激光自混合测振的FSI测距误差补偿方法

在激光扫频干涉测距过程中,目标振动在测距干涉信号中引入了多普勒频移,造成信号频谱展宽,导致了测距误差放大效应。为了降低振动对测距结果的影响,提出了基于激光自混合测振的测距误差补偿方法,通过同步测量自混合干涉信号的相位变化,补偿目标振动对测距干涉信号的相位调制,并采用频率重采样法校正激光器的调频非线性。最终通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。在实验中,当测量的目标振幅为7102.1 nm时,测振标准差为7.9 nm,补偿前的测距标准差为3270.6μm,补偿后的测距标准差降低到21.4μm。补偿后的测距标准差接近无振动情况下的测距标准差,表明目标振动引发的测距误差放大问题得到了有效解决。