白光干涉的信號解調與處理的若干實用化技術研究.pdf

1、白光干涉測量技術距離首次提出已經有近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、應變、壓力等各種物理量。隨著白光干涉測量理論與技術的發(fā)展,其基本的理論與測試方法已經相對比較成熟,但其在信號解調精度、實時性、穩(wěn)定性等若干實用化技術存在的問題,是制約技術成熟并最終走向應用的瓶頸。本課題通過對光纖白光干涉測量技術展開研究,針對高精度光程掃描、解調系統(tǒng)的小型化設計與實現(xiàn)、系統(tǒng)溫度補償方法等進行了詳細的討論和分析,實現(xiàn)了光纖白

2、光干涉應變測量系統(tǒng),為光纖白光干涉測量技術在結構健康監(jiān)測和無損檢測等領域的應用奠定了基礎。
　　 首先,光程掃描結構是整個解調系統(tǒng)的核心部分,決定了系統(tǒng)的信號測量精度、測量范圍、傳感器復用數(shù)量、測量穩(wěn)定性、適用環(huán)境、外形尺寸等技術指標。本文為了實現(xiàn)高精度光程掃描,選用由精密導軌構成的電控位移臺作為掃描結構,利用高精度光柵尺實現(xiàn)對位移臺位置進行實時位置反饋,實現(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

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

4、現(xiàn)溫度補償,以消除或者減小溫度對解調系統(tǒng)的影響。實驗研究表明:解調系統(tǒng)的主要受光路溫度、匹配光纖溫度和機箱溫度的影響;外界溫度的影響和系統(tǒng)內部熱源的輻射,使三部分溫度的變化速率不同,在系統(tǒng)內部形成溫度成梯度分布,導致系統(tǒng)測量結果的波動。
　　 綜上所述,借助于高精度光學掃描結構和集成化的信號采集與處理硬件平臺,系統(tǒng)實現(xiàn)了分辨率0.2μm,掃描范圍0～100mm,測試速度5Hz的信號解調性能。經過溫度補償后,溫度對系統(tǒng)的影響小于4