基于激光自混合效應(yīng)的多物理參數(shù)同步測量方法研究.pdf

1、激光自混合干涉技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉及非接觸測量等顯著優(yōu)點(diǎn)。隨著激光自混合效應(yīng)研究的深入和先進(jìn)制造技術(shù)的提升，多物理參數(shù)的同步高分辨率測量，已經(jīng)成為激光自混合技術(shù)和先進(jìn)光學(xué)檢測領(lǐng)域發(fā)展的重要需求之一。本文在研究多重光反饋、三角波激光調(diào)制的基礎(chǔ)上，搭建了基于激光自混合效應(yīng)的高精度光纖式的振動(dòng)和角度同步測量系統(tǒng)、速度和位移的同步測量系統(tǒng)以及運(yùn)動(dòng)速度的二維信息同步獲取系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，主要研究工作如下
　　1.基于激光自混合效

2、應(yīng)的三鏡腔理論模型，系統(tǒng)地分析了弱反饋條件下，激光器參數(shù)對激光自混合信號(hào)的影響，結(jié)果表明，在激光器諧振腔1-20mm長度和1.526-1.933折射率范圍內(nèi)，減小諧振腔的長度和有效折射率，有助于增強(qiáng)激光自混合效應(yīng)。
　　2.提出了一種基于激光自混合效應(yīng)的顆粒物粒徑反演的理論方法，結(jié)合隨機(jī)信號(hào)理論和計(jì)算機(jī)仿真，模擬了顆粒物后向散射光引起的激光自混合信號(hào)變化特征，系統(tǒng)地分析了顆粒物粒徑對激光自混合信號(hào)的影響，對仿真信號(hào)的功率譜密度進(jìn)行

3、洛倫茲擬合，得到粒徑在0.5-3μm范圍內(nèi)氣溶膠粒子的反演粒徑，誤差小于11％。
　　3.闡述了激光自混合效應(yīng)中的雙重光反饋效應(yīng)，通過模擬仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析了雙重光反饋效應(yīng)的來源以及影響因素。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，激光自混合技術(shù)中的雙重光反饋效應(yīng)是由激光器的出射激光在外腔中兩次反射引起的，兩次反射光的有效強(qiáng)度比值和有效相位差值是雙重光反饋效應(yīng)程度的重要影響因素。
　　4.搭建了基于激光自混合效應(yīng)的角度和振幅同步測量的單通道光纖

4、系統(tǒng)，在0.990°-1.029°的角度范圍和0-3000mVpp的振動(dòng)范圍，角度和振動(dòng)測量誤差分別優(yōu)于12.1％和1％，測量精度可達(dá)387.5nm。
　　5.采用三角波調(diào)制方案，搭建了基于激光自混合效應(yīng)的速度和位移同步測量的單通道光纖系統(tǒng)，分析了三角波的幅度、頻率和不對稱度對實(shí)驗(yàn)信號(hào)的影響，選擇合適的調(diào)制信號(hào)。在0.016-0.47m/s的速度范圍和1-23mm的位移范圍，速度和位移誤差分別優(yōu)于5.3和9.8％。
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