白光干涉的信號解調(diào)與處理的若干實(shí)用化技術(shù)研究.pdf

1、白光干涉測量技術(shù)距離首次提出已經(jīng)有近30年的歷史,作為一種高精度的絕對測量方法被廣泛用于位移、溫度、應(yīng)變、壓力等各種物理量。隨著白光干涉測量理論與技術(shù)的發(fā)展,其基本的理論與測試方法已經(jīng)相對比較成熟,但其在信號解調(diào)精度、實(shí)時性、穩(wěn)定性等若干實(shí)用化技術(shù)存在的問題,是制約技術(shù)成熟并最終走向應(yīng)用的瓶頸。本課題通過對光纖白光干涉測量技術(shù)展開研究,針對高精度光程掃描、解調(diào)系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)溫度補(bǔ)償方法等進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析,實(shí)現(xiàn)了光纖白

2、光干涉應(yīng)變測量系統(tǒng),為光纖白光干涉測量技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和無損檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 首先,光程掃描結(jié)構(gòu)是整個解調(diào)系統(tǒng)的核心部分,決定了系統(tǒng)的信號測量精度、測量范圍、傳感器復(fù)用數(shù)量、測量穩(wěn)定性、適用環(huán)境、外形尺寸等技術(shù)指標(biāo)。本文為了實(shí)現(xiàn)高精度光程掃描,選用由精密導(dǎo)軌構(gòu)成的電控位移臺作為掃描結(jié)構(gòu),利用高精度光柵尺實(shí)現(xiàn)對位移臺位置進(jìn)行實(shí)時位置反饋,實(shí)現(xiàn)了亞微米級的光程掃描分辨率。
　　 其次,針對白光干涉信號解調(diào)

3、對硬件的需求,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了白光干涉測量系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺。詳細(xì)地討論了系統(tǒng)各部分功能模塊的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法,成功實(shí)現(xiàn)了整個系統(tǒng)的集成,該硬件平臺不僅實(shí)現(xiàn)了白光干涉信號的采集、解調(diào)與處理,還集成了以太網(wǎng)控制電路,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變儀的網(wǎng)絡(luò)化控制與通信。
　　 最后,對該溫度對解調(diào)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了深入的分析和研究,采用被動式溫度補(bǔ)償方案,即對測試光路與光程掃描結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度屏蔽和隔離,采用多路溫度傳感器對光路、匹配光纖、機(jī)箱等進(jìn)行溫度監(jiān)測實(shí)

4、現(xiàn)溫度補(bǔ)償,以消除或者減小溫度對解調(diào)系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明:解調(diào)系統(tǒng)的主要受光路溫度、匹配光纖溫度和機(jī)箱溫度的影響;外界溫度的影響和系統(tǒng)內(nèi)部熱源的輻射,使三部分溫度的變化速率不同,在系統(tǒng)內(nèi)部形成溫度成梯度分布,導(dǎo)致系統(tǒng)測量結(jié)果的波動。
　　 綜上所述,借助于高精度光學(xué)掃描結(jié)構(gòu)和集成化的信號采集與處理硬件平臺,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分辨率0.2μm,掃描范圍0～100mm,測試速度5Hz的信號解調(diào)性能。經(jīng)過溫度補(bǔ)償后,溫度對系統(tǒng)的影響小于4