基于FPGA的激光自混合干涉信号高速数据处理系统设计

设计一种基于FPGA的激光自混合干涉信号高速实时数据处理系统。通过FPGA对激光自混合干涉信号进行采集、处理和显示,最后得到外部物体的位移。提出数据处理系统的硬件设计方案并结合信号处理方法进行软件实现,搭建激光自混合干涉实验平台进行验证。实验结果表明,该系统处理速度快、实验数据准确度高、系统稳定、具有较好的同步性和实时性,满足对激光自混合干涉信号高速实时处理的要求。

基于DSP的激光自混合干涉测振仪信号采集与处理系统

结合三角波电流调制型激光自混合干涉技术,设计了基于DSP的数据采集与处理系统,完成了对来自光电探测器的干涉信号的采集与处理。该系统接口电路简单灵活,具有采样频率可由程序设置、采集速度和精度较高,并且可以实现6通道同步采样转换的特点。实验结果表明,该数据采集与处理系统完全能够满足高速交变激光自混合干涉信号的采集与处理在实时性和高精度方面的要求。

基于DDS的激光自混合干涉信号模拟发生器

激光自混合干涉技术是一种新型光干涉传感测量技术,可用于微位移、微振动、距离、形貌以及激光器线宽展宽因数等物理量的测量.在这些测量传感器研制开发过程中,若有一台激光自混合干涉信号模拟发生器,将会使处理电路的调试工作更加方便.以直接数字频率合成（DDS）技术为核心、ATmega32单片机为工具设计了一种激光自混合干涉信号模拟发生器,能够合成48种激光自混合干涉信号,合成频率能在50~1400 Hz之间调节,幅值在0.4~10 V区间内连续可调.此信号发生器为基于激光自混合干涉的传感器设计制作提供了基础.

基于时频分析的自混合干涉信号处理方法研究

为了解决条纹计数法和相位分析法处理自混合干涉信号的不足,提出了一种基于时频分析的自混合干涉信号处理方法。采用时频分析技术获得自混合信号频率随时间的变化,利用激光与外部物体相互作用后的多普勒频移与信号频率相等的关系,非常方便地获得了外部运动物体的速度历史信息。结果表明,该方法处理自混合信号简单有效,且有较高的处理精度。

半导体激光器自混合干涉的调制与放大电路

介绍了一种实用的半导体激光器自混合干涉的调制与放大电路 ,给出了电路原理图及其设计原理 。

基于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法

针对在高温等恶劣环境下,航空发动机高转速下涡轮叶尖间隙测量稳定性差、易受干扰、精准度低等问题,提出一种基于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法。首先,提出基于三镜F-P腔模型的自混合干涉模型,并以此为基础构建测速和测距的数学模型;其次着重研究了涡轮叶片转动下动态自混合干涉信号的处理,将采集到的信号依次经过带通滤波以及小波降噪处理,再用FFT进行处理得到频率,由此求得叶尖间隙值;之后分别进行静态和动态激光自混合干涉测距实验进行验证;最后探讨影响动态测量的误差源,并对测量系统以及算法进行优化补偿。实验结果证明,该方法可以有效地提高涡轮叶片转速与叶尖间隙的同步测量的稳定性及精度,测速相对误差为1%,叶尖间隙测量误差为23μm。

基于光反馈自混合干涉的任意振动信号重构

阐述了光反馈自混合干涉的原理,基于光反馈自混合干涉效应,设计一种振动信号测量系统。根据光反馈自混合干涉信号的特点建立了自混合干涉振动测量模型,并设计了测量方法及数据处理算法。仿真分析及实验结果验证了测量方法的可行性。该系统的最小分辨力为半导体激光器光波波长的二分之一,最大误差为半导体激光器光波波长的四分之一,可以用于测量任意振动信号。

基于奇异值分解的自混合干涉信号降噪方法

构建光反馈自混合干涉理论模型,通过Matlab仿真分析验证理论模型的正确性。利用奇异值分解的方法确定Hankle矩阵,对矩阵进行奇异值分解,构造逼近矩阵对含噪自混合干涉信号进行降噪处理。在适度反馈机制下,选取不同的光反馈水平因子C值进行仿真。对降噪前后信号波形进行仿真分析,实验结果表明奇异值分解改善了信号的光滑性,起到了降噪的效果;通过对降噪前后所测位移精度的对比,精度的提高表明奇异值分解的降噪方法在自混合干涉信号噪声处理方面的有效性。

用自混合干涉测量振动

激光二极管自混合干涉信号的频率与外腔振动的速率成正比,为了从自混合干涉信号重建振动信号,采用频率电压变换的方法。用整形后的自混合干涉信号驱动模拟开关,来开关电容做电荷转移实现频率电压变换,用振动的激励信号驱动另一个模拟开关让电容的充电电源随振动的相位变化做极性变换,这样从自混合干涉信号中还原出振动信号。还原出来的信号的振幅与振动的振幅成正比,波形与正弦激励信号的波形一致。该方案操作简便、成本低廉,可以用于有确定激振方式的振动特性测量。

三纵模激光自混合系统测量激光器自由光谱范围研究

激光自混合干涉技术具有灵敏度高、易准直、可以实现非接触测量等优点。基于多纵模激光自混合干涉系统中自混合信号波形随外腔长度发生周期性变化的物理现象,提出一种利用三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器自由光谱范围(FSR)的新方案。结合干涉混频理论和三镜腔理论,首次建立了三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器FSR的理论模型并进行了仿真模拟。实验结果表明尾纤半导体激光器FSR受外部环境影响,其变化范围为163.93∼175.64 GHz,对应测量系统的位移分辨率和频率分辨率分别为0.01 mm和1.91 GHz。所研究的激光器FSR测量系统具备分辨率高、系统紧凑、成本低廉等优势,可适用于不同类型激光器自由光谱范围测量。

从激光二极管自混合干涉信号重建振动信号

激光二极管(LD)自混合干涉用于振动测量的关键技术之一是从自混合干涉信号重建振动信号。用整形后的自混合干涉信号驱动模拟开关,开关电容做电荷转移来实现频率电压变换,用振动的激励信号驱动模拟开关让电容充电电源随振动的相位变化做倒相变换,从激光二极管自混合干涉信号中还原振动信号。还原出的信号的振幅与振动的振幅成正比,还原出的振动信号的波形与振动激励信号的波形一致。只要能从自混合干涉信号实时自动地提取外腔振动的周期及相位信号,该频率电压变换方法可以用于重建任意振动的信号。

两重外腔的自混合干涉及其信号分析

提出了具有两重外腔的自混合干涉。根据半导体激光器的自混合干涉理论 ,研究了两重外腔自混合干涉模型 ,及其信号的调制和解调方法。该方法用一个附加的参考反射镜在半导体激光器 (LD)和目标间形成两重外腔 ,参考外腔用于补偿光学频率涨落引入的相位误差。用快速傅立叶变换相位探测技术 (FFT)分析自混合干涉信号。运用这些方法 ,可提高相位测量精度 ,在微光机电系统、光学工程和其他工程应用上有潜在的实用价值。

自混合干涉型振动仪应用于PZT特性的测量

激光自混合干涉(SMI)是新浮现的一种干涉测试技术,其利用出射激光束的一小部分光被外部物体反射或散射后馈回激光腔形成单光束自混合干涉,这种干涉信号携载被照射的物体的运动信息,可以用于振动、位移等参数的测量。本文基于该原理设计出对压电陶瓷(PZT)动态特性测量的装置。通过对圆柱形单层和叠片式PZT样品测试,结果表明,利用激光SMI测量PZT特性,实验装置结构简单,可以实现高精度适时检测PZT动态响应和滞回特性。

腔调谐过程中激光器中两垂直偏振光的回馈特性

腔调谐过程中同时对HeNe激光器进行光回馈,设定回馈镜驱动信号的周期远小于腔调谐信号的周期,此时便获得腔调谐过程中谐振腔中两垂直偏振光的回馈信号.回馈的形式分为仅垂直光回馈、仅平行光回馈以及两光同时回馈三种情况.当两光同时回馈时,两模式间的模竞争较弱,两光回馈曲线有一定的相位差,该相位差小于180°,两光总体波动幅度变化趋势相反.当仅单偏振光回馈时,两模式间的模竞争较强,两光回馈曲线始终反相,而且两光波动幅度变化趋势相同,此时可以将两光强度信号相减以实现成倍提高回馈信号幅度,从而提高系统灵敏度.尤其仅垂直光回馈时,两光各自光强波动幅值都较大,并且在较大的增益曲线范围内保持光强波动幅值无明显变化,该特性可用于提高回馈系统的抗干扰能力,减少因激光功率漂移而引起的错误计数.