【摘 要】
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自混合散斑有源传感理论模型源于激光自混合干涉,它是将入射到运动的粗糙表面物体的光部分返回到激光腔内,在外腔长度和反射率随表面的粗糙度随机变化中,把光强调制成随机的
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自混合散斑有源传感理论模型源于激光自混合干涉,它是将入射到运动的粗糙表面物体的光部分返回到激光腔内,在外腔长度和反射率随表面的粗糙度随机变化中,把光强调制成随机的散斑信号,形成散斑外光学反馈效应。分析处理得到的散斑信号,可以测出物体的运动状态。由于光反馈进入激光腔,光信号在有源区内与源光混合、循环放大,激光器既是一个相干光源,又是感应外界物理量变化的敏感元件,因而称为有源传感。有源传感相对于无源传感,在信号稳定性、信噪比以及系统结构、调试等方面具有优势。自混合散斑将传统的散斑与自混合干涉相结合,把散斑现象引入激光器腔,与传统的散斑检测光路比较起来,只有一个光轴,简单紧凑易调节。是近年来发展起来的一种新型的散斑测量技术。并有望应用于各种新型激光器,发展成为新一代有源传感技术。本文以输出波长为1550nm的光纤激光器为研究对象,参考环形掺铒光纤激光器自混合散斑有源传感系统模型,首先,在理论上数值模拟了自混合散斑信号,利用FFT分析了自混合散斑信号的平均散斑频率与速度之间的关系,得到了两者之间近似呈线性关系的结论;其次,实验上组建了基于环形腔的光纤激光器自混合散斑实验系统,采集到不同速度和不同探测距离下的自混合散斑信号,并对采集到的信号进行频谱分析,得到平均散斑频率与物体运动速度之间的近似线性关系,实验分析结果与模拟信号的分析结果相吻合,并且利用频谱能量密度的概念,得到了探测距离与频谱能量密度成近似线性关系的结论;最后,本文还利用LabView和Matlab的混合编程,参考环形腔的光纤激光器自混合散斑实验系统,初步组建了自混合散斑信号的实时采集和处理,实现了实验信号的实时采集和处理。
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