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双外腔自混合干涉信号的分离与振动测量

刘径舟  
【摘要】:激光自混合干涉(Self-Mixing Interference,SMI)现象是指激光器发出的激光照射到外部振动目标上,经反射或散射后一部分携带了目标振动信息的激光反馈回激光腔并与腔内激光进行混合,使得激光器输出光功率发生变化,从而形成激光自混合干涉。因反馈回的激光携带有外部振动物体的运动状态信息,自混合干涉技术被广泛应用于振动测量中。目前对自混合信号的研究已拓展到双外腔结构,并构造了含有两路反馈外腔结构的自混合干涉模型。由于两路外腔自混合信号在频域上混叠,频谱分析方法难于彻底分离两路信号,使得已有的单路自混合干涉信号的微位移测量方法无法直接应用于两路信号振动信息的提取。为了实现两路激光自混合信号的分离以达到同时测量的目的,本课题研究主要包括以下几个方面。首先,根据三镜腔理论模型对双外腔自混合的理论进行推导,得到功率以及频率方程。对巴特沃斯低通滤波器的原理进行理论推导,为后文分离部分奠定基础。由于光纤具有优越的可靠性,抗电磁干扰能力。利用全光纤自混合干涉仪进行自混合干涉的研究。其次,完成EMD算法的理论推导。并对双外腔激光自混合信号进行仿真,采用EMD算法分离两路自混合仿真信号。对双外腔激光自混合信号采用巴特沃斯低通滤波器进行预去噪处理,再通过EMD算法分离。然后,对预去噪处理后的双外腔激光自混合干涉信号进行多次取包络。根据公式对双外腔信号进行分离。通过主频阶次判定法求得振动物体的最大振动。实验结果表明:两路自混合信号已被分离开。最后,分别用改进后的跳变点检测算法以及多次希尔伯特变换相位提取的方式对分离开的两个单路的激光自混合振动信号进行处理,重构两路振动物体的微振动。仿真和实验结果表明:双外腔自混合干涉信号可以被分离以及用于振动测量。


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