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基于二次反馈激光自混合干涉的振动信号处理

谭仁雪  
【摘要】:自混合干涉(Self-Mixing Interference,SMI)技术广泛应用于振动测量中,有些测量方法存在重构微位移误差大、缺少实时性、只能重构正弦振动等问题。由于对干涉信号进行调制、解调,或者利用二次反馈自混合干涉(2-Multiple Self-Mixing Interference,2-MSMI)技术都可以提高测量精度。因此,将调制解调和2-MSMI技术相结合,通过对振动信号进行处理,实现振动的测量。首先,根据SMI系统的三镜腔理论模型得到2-MSMI系统的三镜腔理论模型。在2-MSMI系统的三镜腔理论模型中,根据光反馈前后能量守恒,得到功率方程和相位方程,将二者作为理论依据推导振动微位移重构方程,并简要介绍了电流调制原理和相位调制原理。其次,对不同参数(反馈系数、物体振动幅值、频率)情况下的2-MSMI信号进行仿真,并研究不同外腔长以及反射角度对干涉信号的影响。通过仿真或实验得出各个参数与干涉信号波形之间的关系,为后文实验部分奠定基础。然后,推导了快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)频谱分析解调的原理,并确定实验参数。将电流调制和2-MSMI技术相结合,用FFT频谱分析对调制后的振动信号处理,重构振动物体的微位移。实验结果表明:该方法能够有效测量振动幅度小于波长的振动,并且2-MSMI技术测量振动微位移的重构误差小于SMI技术的重构误差。最后,介绍了五步相移算法解调的原理。将相位调制和2-MSMI技术相结合,用五步相移算法对调制后的振动信号处理,重构振动物体的微位移。仿真和实验结果表明:该方法不但能够重构出波长以内振动幅度的波形,而且能够重构出大于波长振动幅度的波形,测量范围变大。且2-MSMI技术重构微位移的误差大约为SMI技术的一半。


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