基于激光自混合干涉的磁场测量方法研究

针对光纤磁流体磁场传感器易受环境干扰及磁流体薄膜制作工艺复杂的问题,激光自混合干涉具有抗干扰能力强、稳定性好的特点,提出一种基于空间光的水平偏振激光自混合干涉的磁场测量方法,在外部磁场的作用下,水平偏振自混合干涉信号幅值发生变化,在一定范围内,磁场与信号幅值变化成正比,通过用施加磁场前后信号幅值的均值比与磁场的变化关系实现对磁场的传感检测。经过实验验证,信号的幅值在1%浓度的磁流体中衰减明显,薄膜厚度为0.5 mm,减小了薄膜的制作难度。在实验结果中对5.02 mt到19.112 mt磁场强度范围内的均值比进行线性拟合,相对误差最小为0.17%。

基于激光自混合效应的微角度测量实验教学研究

为了丰富大学实验教学内容,本文提出了一种新型微角度测量方法。该方法运用激光自混合干涉技术并结合直角棱镜的光学特性,具有系统结构紧凑、分辨率高等特点。实验中采用氦氖激光器为光源,测量范围可达21.49 mrad。该实验操作性及拓展性较强,可进一步培养学生的实践能力和科研思维。

基于差分的激光自混合光栅干涉位移测量

为使信号在不失真的情况下降低共模噪声的干扰,提高激光自混合光栅干涉信号的信噪比,提出了一种基于差分技术的激光自混合光栅干涉位移测量方法。+1级衍射光被振动物体反射后返回激光腔,发生自混合干涉,并由封装在激光器内的光电探测器PD1接收,0级衍射光由外置PD_(2)接收。根据半导体激光器前后向输出存在180°相位差的原理,两光束所携带的自混合干涉信号相位相反,而叠加的噪声是部分相关的,因此对两个干涉信号进行差分能消除部分噪声。通过对差分后的自混合信号处理,可以重构出位移。实验结果表明,差分后的重构振动波形的平均误差更小,信号更平稳,且差分后的干涉信号的信噪比提高3 dB以上。

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。

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。

线性调频激光自混合干涉双通道微位移测量方法研究

为了满足工程中一些特殊二维位移测量需求或提高位移测量效率,建立了结构简单紧凑的激光自混合干涉双通道位移测量系统。首先,基于三镜法-珀腔模型给出自混合干涉系统的数学方程。其次,在弱反馈条件下施加线性电流调制,依据自混合信号频率和外部物体距离的线性关系,当两个物体到激光器距离不同时,频域会呈现两个独立的谱峰,分别对其进行相位解算,从而实现自混合双通道位移测量。然后,数值模拟生成了双通道激光自混合信号,根据全相位频谱分析技术对自混合信号两个谱峰的相位进行估算,重构了两个物体位移曲线,给出了仿真验证。最后,搭建了实验系统,进行了自混合干涉双通道位移测量实验,并给出实验测量结果。实验结果表明,该系统可以完全区分两个运动物体,位移测量相对误差优于8.42%。线性调频激光自混合干涉可以实现任意运动规律的双通道位移测量,通过继续分光其测量通道数仍可进一步增加。

激光自混合测速实验装置精度研究

本文对所研制的半导体激光自混合测速系统在4.06~475.3mm/s的速度范围内获得了1%左右的速度精度进行了报道。同时,我们针对激光自混合测速系统的试验装置对速度测量精度进行系统研究,重点讨论了激光光谱谱宽、速度分布、散斑、电子学线路对多普勒信号展宽的影响。分析结果表明,散斑信号在待测速度较小时所造成的多普勒信号展宽是激光自混合测速系统测速精度下降的主要原因。采用提高采样时间以及改进电子学处理系统的方式,是提高激光自混合测速系统精度的一个较好途径。

自混合干涉微位移传感器

有许多测量微位移的光干涉方法 ,然而难以实现结构紧凑、价格低的测量系统 ,因为这些传统干涉方法都需要许多光学元器件。提出用激光自混合干涉术测量微位移 ,分析和讨论了自混合干涉信号的产生和处理方法 ,用快速傅立叶变换(FFT)相位探测技术分析自混合干涉信号 ,可提高相位测量精度。提出的传感器可以用于亚微米级位移的测量和控制 ,并给出了

全相位谱分析在自混合干涉位移测量中的应用

提出基于全相位谱分析的自混合干涉信号处理方法,用于减小激光自混合干涉位移测量的误差。首先,基于三镜法布里-珀罗腔模型介绍了自混合干涉系统的数学模型,分析了自混合干涉信号的产生机理和特性。然后,研究了弱反馈条件下自混合干涉位移测量方法,采用全相位谱分析算法进行相位测量,重构外部反射体位移曲线;讨论了信号处理算法原理并进行了算法仿真。最后,进行自混合干涉位移测量实验,并给出压电陶瓷位移测量实验结果。结果表明,全相位谱分析算法可将自混合干涉位移测量误差减小到4.4nm;应用全相位谱分析算法分析自混合干涉信号,可在不增加外部光学元件的前提下将位移测量误差减小到纳米量级。

基于垂直腔面发射半导体激光器的自混合测速实验

针对激光自混合速度传感应用,采用新型垂直腔面发射激光器作为自混合干涉系统光源,对采用不同散射表面类型和工作电流所获得的自混合测速实验结果进行了研究。研究结果表明,黑色相纸材质的散射表面会对自混合信号产生不利影响;选择激光器的工作电流在阈值电流1~1.4倍时能获得较大且稳定的自混合信号。考虑该测速系统实际应用中存在开机预热时间,讨论了激光自混合系统的开机重复度。结果表明,开机后17 s左右,频率计计量的多普勒频率趋于准确和稳定。此研究结果可为垂直腔面发射半导体激光器自混合测速系统的光源选择和参数优化提供指导。

光反馈自混合干涉信号预处理方法

为了提高参数估计的精确度,根据光反馈自混合干涉信号的特点,采用对原始光反馈自混合实验信号进行滤波和归一化等预处理方法,有效地滤除了噪声,使信号平坦化,而且预处理后的实验信号与理论模型仿真数据更加吻合。分别利用原始实验信号和预处理后的信号对参数进行估计,比对结果表明,使用预处理后的光反馈自混合信号进行参数估计,线宽展宽因数和光反馈水平因子C的测量精度分别提高了5.52%和4.55%。

激光自混合干涉角度测量参数优化及旋转方向判别

对反射旋转体引起聚焦激光自混合干涉信号位相与旋转角度的非线性关系进行了研究,提出了一个实验参数的优化方法来降低该非线性效应引起的非线性角度测量误差。重新评估了自混合干涉角度测量在测量范围扩大后的物理近似条件,从理论上分析了实验参数给角度测量带来的误差影响并进行了模拟仿真,提出了利用该非线性关系判别反射体旋转方向的方法。最后,进行了激光自混合干涉角度测量实验并给出若干个实验参数条件下分别得到的角度测量结果。实验结果表明,实验参数优化后,角度测量误差大幅减少;在最优情况下,比未优化方法的测量精度提升了一个数量级,可达10-5 rad,证明了提出的实验参数优化方法和反射体旋转方向判别方法的有效性。实验结果还显示,使用提出的方法在提高测量范围的同时仍能进行高精度的角度测量,从而进一步拓宽了基于反射体旋转引起的激光自混合干涉效应的应用范围。

垂直偏振态He-Ne激光自混合干涉的实验研究

从实验上研究了频率分裂激光器中偏振态相互垂直的o光和e光的自混合干涉现象 ,因为o光和e光之间的模竞争效应 ,所以在o光和e光的反馈曲线中 ,最大值和最小值相互对应 ,在一个周期中 ,最大值出现的次数是一般反馈曲线的 2倍 ,幅值的变化也是一般反馈曲线的

高精度宽测速范围精确方向判别单模VCSEL自混合LDV

单模VCSEL(Vertical cavity surface emitting laser)激光器自混合LDV(Laser Doppler veloci- tymeter)系统的温度特性和外腔长度L_(ext)(激光器前腔镜到目标散射面之间的光程)可变范围优于多模激光器LDV系统。应用差频模拟锁相环信号处理技术,明显提高了单模VCSEL自混合LDV测速精度和测速动态范围.用多普勒频移f_d的分频跟踪三角波电流调制技术,提高了运动方向判别的精度和动态范围.实验结果表明,在外腔长度为30mm±3mm、温度为0℃～55℃、采样时间0.1s、激光器无温控的条件下,分辨率优于0.2%;在测速范围为30～480mm/s的条件下,测速精度优于1%;在速度范围为5～480mm/s的条件下,测速精度优于2%.在电源电压为5V时,正向运动方向指示电平大于4.9V,反向运动方向指示电平小于0.1V.

单模VCSEL激光自混合测距精度的提高

单模VCSEL激光自混合测距具有测距精度高、功耗低和结构简单等优点。对单模VCSEI。进行了大频偏的三角波电流调制，应用差频模拟锁相环处理自混合拍频信号，明显减小了拍频信号在三角波拐点处固相位突变、波形周期不等以及波形的调幅干扰和失真等因素造成的影响。实验结果表明，提高了测距精度和动态范围。室温下，在单模VCSEL输出功率0．7mW，波长850nm，调制三角坡的频率1．3kHz，幅度0．4Vrms，采样时间0．1S，散射面为粗糙金属片的条件下，测距范围达到50～500mm，测距精度达到2mm，分辨率优于2mm。

一种半导体激光自混合效应模型参数的测量方法

从半导体激光自混合干涉系统的一般模型公式出发,建立了一个非线性函数模型,利用非线性最小二乘法的曲线拟合,来估计半导体激光自混合效应的模型参数———线宽展宽因数和光反馈因数。经计算仿真分析表明,该算法有较好的收敛性,迭代次数少且参数估计精度高,是半导体激光自混合效应参数测量的一种有效方法。

基于激光自混合干涉法的微振动测量

激光自混合干涉法由于其测量精度高、光路简单、准直性好等优点,十分适合于微小振动的测量.然而在测量微振动时,由于被测目标振幅微小且大多情况下其表面反射系数很低,造成测量信号的幅值较小以及光反馈导致的信号波形倾斜不明显,给测量信号解调带来了很大难度.在自混合干涉光路中添加一个预反馈镜,构成带预反馈的干涉光路系统,可将测量信号增强2~4倍.同时,推导"基频-极值点判定算法"的频率幅值解调公式,建立了模型算法,实现自混合干涉信号的解调.理论分析和实验表明,频率测量的误差小于2.5%,振幅测量的误差小于5%.

半导体激光器自混合干涉绝对测距理论研究

本文采用半导体激光器的双镜腔等效模型，对基于自混合干涉效应的半导体激光绝对测距理论进行了研究，推导出完整的数学模型，与已取得的实验结果相吻合。在此基础上，提出了一种新的采用参考技术的绝对测距方法，理论分析表明，该方法可以提高系统的测距精度和抗干扰能力。对促进系统实用化具有重要意义。

基于全光纤自混合干涉技术的微振动测量研究

为了解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等不足,采用全光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光,设计了一套全光纤自混合干涉测量系统;建立了反射面为镜面时自聚焦透镜收集效率的理论模型,在理论上论证了全光纤自混合干涉测量系统的可行性;最后搭建了全光纤自混合干涉测量系统,并以铝膜作为反射面,进行了微振动实验研究。结果表明,该系统能获得较好的实验信号,可以解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等问题。

光纤传输的激光振动自混合信号的分析

基于自混合效应的传感技术由于其装置的简单和紧凑而获得广泛应用。提出了光纤作为传输介质条件下观察自混合信号的方法,并观察了振动物体振幅为0.74μm,频率为998Hz时的自混合信号,与自由空间中自混合信号进行了比较。在此基础上,分别基于不同的反馈参数对两种自混合信号进行了模拟,理论模拟和实验结果相符合。分析了反馈参数C对自混合信号的不对称度和幅度的影响,研究表明,自混合信号的不对称度和幅度随着C的增大而增加。光纤作为传输介质时的自混合测振信号幅度和不对称度劣于自由空间系统中的自混合信号,但光纤自混合系统由于其特有的优点仍将广泛应用于二维速度和振动的测量。