激光测振多普勒信号仿真技术研究

JJF1219-2009《激光测振仪校准规范》提出用调频电信号校准外差式激光测振仪信号采集、处理电路的方法,该方法对产生标准调频信号的信号发生器提出了很高要求,目前还没有激光测振仪校准专用的调频信号发生器,而通用函数信号发生器,在最大频移、调制振动频率范围等方面不能完全满足要求。通过研究数字信号合成技术,设计基于PC、FPGA和高速数模转换器(DAC)的多普勒调频信号发生器,实现激光多普勒调频信号模拟的仿真信号输出,具有参数设置灵活,带宽高,频率稳定性好的优点,经测试,该仿真信号达到了校准需要的技术要求,可用来评价外差式激光测振仪的信号采集、信号处理电路相关参量的计量特性。

一种机械臂电机故障时频尺度诊断方法——基于深度学习和激光多普勒测振技术

机械臂电机振动信号的采集效果较差,影响时频特性分析过程,导致故障诊断效果与精度较差,为此提出基于深度学习和激光多普勒测振技术的机械臂电机故障时频尺度诊断方法。使用激光多普勒测振技术与小波阈值去噪算法,建立机械臂电机振动信号采集系统,获取并重构故障信号;提取电机振动信号的时域、频域等尺度特征,引入人工神经网络建立一个具备学习能力的故障诊断模型,将提取的机械臂电机故障时域、频域等尺度特征输入诊断模型中,输出分类诊断结果,即可完成机械臂电机故障时频尺度诊断。结果表明:利用该方法开展电机故障诊断时,检测结果与实际电机故障类型之间偏差较小,诊断效果好、精度高。

一种基于多普勒原理的相干测风激光雷达及其外场应用

精确观测大气风场在气象、军事、航空航天等领域具有十分重要的意义。相干测风激光雷达能够实时有效地进行大气矢量风场探测。为此研制出一款基于多普勒原理的相干测风激光雷达,并进行外场观测验证了其性能。该系统可探测垂直上空45~3000m的水平风场以及垂直气流,最大可探测风速为60m/s。分析比对了该雷达于2021年10月16日08:00―20日00:00在广州市黄埔区气象局观测的数据与同时段同地点微波风廓线雷达的观测数据,结果表明二者具有良好的一致性。重点分析了2021年10月18日10:00―20日00:00的典型观测数据,进一步验证了该相干测风激光雷达所测数据的准确性。该雷达在风场探测上的应用将为气象参数监测和预报精度的提高以及极端灾害性天气的预警提供实时数据支撑。

多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术的实现与仿真

考虑到单纵模激光器作为多普勒测风激光雷达的激励光源需要复杂的种子注入技术和高精度的稳频锁频技术,本文提出了以自由运转的多纵模激光器作为激励光源的直接多普勒测风激光雷达,以降低激励光源的实现难度和复杂性.针对典型Nd:YAG脉冲激光器,研究了不同激光辐射线宽、光学谐振腔长和中心波长条件下多纵模激光激励的大气弹性散射回波光谱的分布模式.为了综合利用大气风场导致的多纵模激光中每个纵模所激励大气弹性散射回波光谱的多普勒频移,利用具有周期性透过率曲线且四个输出通道相位各相差π/2的可调谐四通道马赫-曾德尔干涉仪,实现对多纵模大气弹性散射回波光谱多普勒频移的高精度鉴别.在此基础上,构建了多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术大气风场反演的数学模型.仿真结果表明,所提出的多纵模直接多普勒测风激光雷达能够实现对大气风场信息的高精度测量,并且激光中心波长越大,激光光学谐振腔长越短,系统测风范围越大,测风误差越小.

基于回波模拟法的激光多普勒测速仪示值误差检测方法研究

针对高速激光多普勒测速仪(速度上限超过1 km/s)示值误差检测中参考速度难以获得导致测速仪示值误差无法有效检测的问题,提出采用光学回波模拟法对其进行示值误差检测。通过对测速仪的出射光进行光学移频,以此模拟运动物体的激光多普勒效应,从而解决高速多普勒测速仪检测所需速度源的问题;通过设置波长检测模块与移频量检测模块,获得准确的工作波长与移频频率,进而计算出准确的参考速度信息,保证激光多普勒测速仪示值误差检测的准确性。实验结果表明:基于回波模拟法的激光多普勒测速仪示值误差检测方法,可以实现速度上限高达2.7 km/s的测速仪示值误差的检测,示值误差测量不确定度U_(r)=0.3%(k=2)。实验结果表明基于回波模拟法的激光多普勒测速仪示值误差检测技术具有很好的工程应用前景。

发射倾角对激光多普勒测速仪的性能影响

发射倾角作为激光多普勒测速仪的关键结构参数,对激光多普勒测速仪的信号质量、信号带宽以及激光多普勒测速仪的测速精度具有重要影响。尤其是在高速运行载体的速度测量中,能否准确、合理地选择发射倾角将极大地影响激光多普勒测速仪的性能。文中从理论上对发射倾角对激光多普勒测速仪的散射光强度、多普勒信号带宽以及各种测速误差的影响进行了仿真分析。理论分析和仿真结果表明:多普勒信号的频率会随着发射倾角的增大而减小,为了降低系统带宽要求,应采用大的发射倾角;激光多普勒测速仪的信噪比会随着发射倾角的增大而增大,当发射倾角大于60°时,这种增大的趋势会减缓。为了提升多普勒信号的信噪比,发射倾角应大于60°;当发射倾角大于80°时,测速误差随发射倾角的增大而迅速增大,其中以测速分辨率引起的相对误差尤为明显。基于仿真分析结果,针对不同的测速范围和测速精度要求,提出了分段设置发射倾角或分段设置采样频率的测量方法,并给出了确定不同测速区间的步骤,同时对分段设置发射倾角和分段设置采样频率的等效性进行了说明。

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。

基于激光多普勒振动谱的数控机床主轴故障在线诊断

针对现有数控机床主轴故障检测算法存在的检测精度低、故障分类效果差等不足,提出一种基于激光多普勒振动谱的在线针对方案。先构建以激光器和探测器为核心部件的激光多普勒故障检测系统,采集故障数据集并对数据进行降维处理;然后针对机床主轴多故障模态的情况,基于可变经验模态分解(VMD)算法分解故障的本征模态分量,形成新的故障特征集;最后利用经过改进的深度卷积神经网络训练故障特征集,实现对多故障模态的分类识别和诊断。实验结果显示,所提算法信号源频率误差值较低,在故障点的诊断和分类识别过程中,效果显著优于传统故障在线诊断算法。

激光多普勒在游离股前外侧皮瓣血运监测中的临床研究

目的应用激光多普勒监测游离股前外侧皮瓣血流灌注情况,探索游离股前外侧皮瓣术后血流灌注规律,并研究其在游离股前外侧皮瓣坏死预测中的可行性。方法分析2018年1月-2019年12月采用游离股前外侧皮瓣移植修复手部创面患者资料56例,术后均采用激光多普勒监测法监测皮瓣血流灌注情况。激光多普勒监测指标为术中供区皮瓣切取前、术后即刻、术后第1天、3天、5天、7天、9天的皮瓣血液灌注。结果术后第9天,56例皮瓣全部成活,其中2例在术后4 h发生动脉危象,探查后危象解除;8例发生静脉危象,处理后危象解除,皮瓣顺利成活。与皮瓣断蒂前相比,术后即刻及术后1~5 d血液灌注明显加快(P<0.01),血液灌注在术后第5天达到高峰,随后呈现下降趋势。结论激光多普勒能较早发现游离皮瓣血管危象,临床医生可更加了解皮瓣情况。游离皮瓣灌注总体呈现先上升后下降的趋势,为临床用药及护理工作提供参考依据。

基于激光微多普勒的旋翼无人机探测和识别技术进展

激光微多普勒体制具有探测灵敏度高、探测参数维度多等优点,能够对低、小、慢目标以及空间目标进行远距离精确探测识别。针对低、小、慢无人机目标快速探测和精准识别的应用需求,介绍了激光微多普勒探测技术及其国内外发展现状,并在激光微多普勒调制理论模型、微动参数提取算法、一维距离高精度成像、系统与实验研究等多个方面进行了全面深入的探讨。在此基础上,对激光微多普勒探测旋翼无人机技术的研究进展进行了总结和展望。

彩色多普勒超声在双波长激光治疗婴幼儿血管瘤中的应用

目的:分析彩色多普勒超声在双波长激光治疗婴幼儿血管瘤的应用价值。方法:回顾性分析2021年3月至2023年3月收治的血管瘤患者临床资料,所有患者在行Cynergy双波长激光治疗前均接受彩色多普勒超声检查,根据不同的血流信号和皮损深度,观察治疗效果及并发症发生情况。结果:198例血管瘤患儿纳入分析,共计212处皮损,其中根据血流信号分为无血流信号73例(34.3%)、稀少血流信号76例(35.8%)、中等血流信号63例(29.9%),有效率为100%,96.1%,85.7%,三组比较差异有统计学意义(P<0.05);根据皮损深度分为<1.2 mm 69例(32.5%),1.2~3.0 mm 88例(41.5%),>3 mm 55例(26.0%),有效率为100%,94.3%,83.6%,三组比较差异有统计学意义(P<0.05);在所有纳入的患者中,有21.7%的患儿出现不良反应。结论:彩色多普勒超声在双波长激光治疗婴幼儿血管瘤中具有重要的应用价值,可以实时监测治疗过程,并帮助临床医师预估疗效。

基于激光多普勒测振的结构工作模态分析

为验证激光多普勒测振仪快速识别高层建筑结构模态参数的适用性,提出一种采用两台远距离激光多普勒测振仪进行环境振动测试的方法。以一悬臂灯杆为例进行实测,获得振动速度响应。该方法实施便捷,测量精度能够满足要求。本文采用频域分解法(FDD)及随机子空间算法(SSI)对其模态参数进行了识别,为进一步应用于环境激励下的高层建筑等大型结构提供试验基础。结果表明,两种算法均可较好地获取结构自振频率及模态振型,自振频率差异很小,振型则几乎一致。并对灯杆进行简化的有限元分析,将模态识别结果与数值模拟结果相比,二者振型吻合较好,但自振频率略有差别。为避免模态遗漏和虚假模态,应结合多种模态识别算法进行模态分析。最后采用该方法对一超高层建筑进行环境激励下的振动实测与模态参数识别。

基于二维激光多普勒测速仪测量低压流场速度

低压流场中的速度分布对于流动特性的理解和优化设计具有重要意义。基于激光多普勒测速仪的测速技术是一种非侵入性、高精度的流场速度测量技术,其能够实时测量流场中各个位置的速度分布。本研究将基于激光多普勒测速仪测速技术对低压流场中的速度进行测量,并探究速度分布规律,为相关领域的研究提供重要的参考依据。

多普勒激光测风雷达及风廓线雷达探测能力分析

本文就激光测风雷达和风廓线雷达的应用进行了实例分析,认为两者各有其独特的性能优势和应用场景。在实际应用中,可以根据需要选择合适的雷达系统,以提高气象探测的准确性和效率。

基于毫米波多普勒雷达和绿激光束的牵引变电所驱鸟装置设计

为解决因鸟害引起牵引变电所断路器跳闸问题,利用鸟类对波长为532 nm绿光敏感的特性,研制基于毫米波多普勒雷达和绿激光束的牵引变电所驱鸟装置。介绍驱鸟装置工作原理和整体架构,详细阐述核心处理单元毫米波多普勒雷达云台激光控制装置,并在现场试用驱鸟装置。试用结果表明,驱鸟装置效果良好,性能稳定可靠,满足牵引变电所的驱鸟需求。

基于激光多普勒测速技术的超声驻波声场特性的研究

文章首先阐述了超声波在医学诊断、治疗、材料加工、质量检测等方面的关键作用;然后详细分析了国内外超声波技术的研究现状和发展动态,强调了激光多普勒测速技术在提高声场测量精度方面的优势;最后探讨了基于激光多普勒测速技术的超声驻波声场特性研究对促进科技进步和产业升级的潜在影响,以及面临的挑战和未来发展趋势。

冷喷涂过程中颗粒参数的SprayWatch和LDA(激光多普勒测速法)对比测量研究

冷气动力喷涂涂层的性能受颗粒性质的影响,而颗粒的性质可以通过不同的喷涂参数来改变。目前有多种诊断系统可对喷涂参数进行检测。通过商用Spray Watch系统,可对颗粒性质(速度、温度、尺寸和数密度)进行测量和评估;作为对比,使用激光多普勒测速法(LDA)对速度和数密度进行了测量。采用两个系统对多种参数下的颗粒速度进行了测量,这些参数包括不同的材料、不同的气体性质和喷嘴,这些测量为两种诊断系统的对比研究提供了可能。在本文中,仅阐述了不同气体性质参数条件下得到的结果。

基于Fabry-Perot标准具的多普勒测风激光雷达

研制了1 064 nm直接探测多普勒测风激光雷达,采用Fabry-Perot标准具的双边缘技术,探测了对流层三维风场分布。介绍了多普勒测风激光雷达的总体结构和技术参数,较为详细地叙述了各部分的结构及其功能,并给出了合肥地区对流层径向风速的初步探测结果。结果表明,该激光雷达系统性能稳定,夜晚的探测高度可以达到9 km。

激光多普勒测速技术进展

综述了激光多普勒测速技术的最新进展。首先简单介绍了激光多普勒测速技术的基本原理;然后对差分混频单频激光多普勒测速仪等6种单频激光多普勒测速仪和正交偏振双频激光多普勒测速仪的结构、工作原理及其优缺点进行了详细讨论;最后对清华大学最新研制出的可显著扩大测速量程的HH型双频激光多普勒测速仪进行了较为全面的介绍,并探讨了未来激光多普勒测速技术的发展方向。

相干多普勒激光测风雷达系统研究

大气中风速和风场分布的精确测量具有重要的军用和民用价值。近20年来,相干激光雷达对风场的遥测被经常用于大气边界层风场的精确测量。首先介绍了相干激光测风雷达的工作原理;然后对其相关的指标体系进行了详细的分析和论证,主要包括工作波长、探测灵敏度、测速精度以及作用距离与发射功率的关系等技术指标;最后给出了目前较优的相干激光测风雷达系统的技术方案和技术途径。在此基础上,采用1.5μm窄线宽激光光源设计了一套全固态、小型化激光相干测风实验装置,并进行了相关实验。