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《哈尔滨工程大学》 2011年
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白光干涉的信号解调与处理的若干实用化技术研究

韩春阳  
【摘要】:白光干涉测量技术距离首次提出已经有近30年的历史,作为一种高精度的绝对测量方法被广泛用于位移、温度、应变、压力等各种物理量。随着白光干涉测量理论与技术的发展,其基本的理论与测试方法已经相对比较成熟,但其在信号解调精度、实时性、稳定性等若干实用化技术存在的问题,是制约技术成熟并最终走向应用的瓶颈。本课题通过对光纤白光干涉测量技术展开研究,针对高精度光程扫描、解调系统的小型化设计与实现、系统温度补偿方法等进行了详细的讨论和分析,实现了光纤白光干涉应变测量系统,为光纤白光干涉测量技术在结构健康监测和无损检测等领域的应用奠定了基础。 首先,光程扫描结构是整个解调系统的核心部分,决定了系统的信号测量精度、测量范围、传感器复用数量、测量稳定性、适用环境、外形尺寸等技术指标。本文为了实现高精度光程扫描,选用由精密导轨构成的电控位移台作为扫描结构,利用高精度光栅尺实现对位移台位置进行实时位置反馈,实现了亚微米级的光程扫描分辨率。 其次,针对白光干涉信号解调对硬件的需求,设计并实现了白光干涉测量系统的硬件开发平台。详细地讨论了系统各部分功能模块的设计思想和实现方法,成功实现了整个系统的集成,该硬件平台不仅实现了白光干涉信号的采集、解调与处理,还集成了以太网控制电路,实现了应变仪的网络化控制与通信。 最后,对该温度对解调系统的影响进行了深入的分析和研究,采用被动式温度补偿方案,即对测试光路与光程扫描结构进行温度屏蔽和隔离,采用多路温度传感器对光路、匹配光纤、机箱等进行温度监测实现温度补偿,以消除或者减小温度对解调系统的影响。实验研究表明:解调系统的主要受光路温度、匹配光纤温度和机箱温度的影响;外界温度的影响和系统内部热源的辐射,使三部分温度的变化速率不同,在系统内部形成温度成梯度分布,导致系统测量结果的波动。 综上所述,借助于高精度光学扫描结构和集成化的信号采集与处理硬件平台,系统实现了分辨率0.2μm,扫描范围0-100mm,测试速度5Hz的信号解调性能。经过温度补偿后,温度对系统的影响小于40μm。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN911.3

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【参考文献】
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