自混合干涉振动参数测量算法研究

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激光自混合干涉效应自上世纪八十年代被发现以来,作为一种新型传感原理,逐渐被应用于机械量、几何量、材料参数、激光器参数等物理量的测量。尤其近几年,国内外越来越多的科研投入到激光自混合干涉传感测量系统的研究中,在测量算法设计、测量系统硬件结构设计以及应用等方面都取得了丰硕的研究成果。  振动和位移测量是激光自混合干涉测量系统的经典应用,目前已有大量的研究成果,也出现了一些被普遍认可的测量算法,但这些算法在理论模型、分辨力、精度等方面都还存在很多改进空间。本文针对激光自混合干涉微振动测量系统中自混合干涉信号的滤波算法、振动频率的测量算法以及振动轨迹重构的测量算法进行了研究,主要工作包括以下三个方面:  在激光自混合干涉测量系统中,由于测量对象的变化、被测参数的变化以及测量环境的不同,使得自混合干涉信号呈现不同特性,这就要求滤波器在信号变化时能自动调整滤波参数以达到最佳滤波效果。本文首先针对自混合干涉信号这一特点,并考虑易于硬件实现,设计了一种自适应滤波器。  其次,对于振动频率的测量算法进行了研究,设计了两种算法简单、实时性好、易硬件实现的频率测量算法。第一种方法本文称之为特征点法,通过对自混合干涉信号进行自适应滤波、微分、整形、特征点提取进而计算得出振动频率。第二种方法为抗干扰能力强的自相关函数法,该方法基于自混合干涉信号的自相关函数基频与振动频率之间关系,通过对干涉信号进行数据采集、自相关函数计算、峰值点检测,确定自相关函数的周期,进而得出振动频率。  最后,为得到被测物体更全面的振动参数,本文基于适度光反馈水平条件下自混合干涉信号具有的特征,设计了被测物体振动轨迹的重构算法。基于自混合干涉振动测量系统的数学模型,设计数据字典表;构造被测物体的振动方向函数;并根据物体位移量与干涉信号初始相位之间的线性关系,对采集的干涉信号初始相位等间隔提取,从而实时得到位移量,重构振动轨迹。  论文对算法的有效性进行了仿真及实验验证,结果验证了算法的有效性。
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