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激光自混合干涉微位移测量与信号重构算法研究

原野  
【摘要】:在众多位移测量技术中,激光自混合干涉微位移测量技术具有精度高、非接触、易准直等特点而被广泛应用。这些年,研究者们提出了很多基于激光自混合干涉微位移测量的处理方法,但不免存在测量算法复杂、测量误差大等问题。因此,本文开展了激光自混合干涉位移测量与信号重构算法研究,从改进测量算法或实验结构等方面解决问题。首先,对激光自混合干涉理论进行理论分析,推导出激光自混合干涉效应的功率方程和相位方程。并对位移测量中常用的测量算法——相位解卷法进行研究。运用该算法对仿真信号以及实验信号进行位移重构,通过分析测量算法的处理过程,发现该算法在寻找跳变点的过程中容易受到干扰,从而导致重构误差增大。其次,针对相位解卷法中存在的问题,提出基于峰谷值点检测的激光自混合干涉位移重构算法。该算法通过求取两种信号的导数的交点,达到精确定位峰谷值点的目的,且该算法可以避免由于设定阈值而产生的重构误差。仿真以及实验结果表明,与传统算法的重构结果相比,该方法能够精确得到峰谷值点的位置,有效的解决了传统方法中峰谷值点定位不精确导致的重构误差大的问题。然后,为了解决相位解卷法中算法复杂、计算速度慢、精确度低等问题,提出了基于积分重构的激光自混合干涉位移重构算法。该算法在弱反馈条件下,对功率方程进行三角变换、求导积分,从而重构出目标物体的位移。相比于相位解卷法,积分重构法可以避免进行相位解卷,直接简化了算法流程,避免了因峰谷值点定位不精确导致的重构误差。仿真模拟以及实验结果表明,该方法能够提高计算速度,小幅提升重构精度。最后,为了进一步提高重构精度,通过在原始光路上添加电光调制器,结合改进的相位生成载波算法进行解调,该算法能够消除相位生成载波算法中引入的不必要的参数,从而提高解调精度,达到减小重构误差的目的。


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