【摘 要】
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随着高科技产业的迅速发展,尤其像精密机床加工等产业,对于振动测量的精度和可靠性需求日益提高。激光干涉测振技术是多种振动测量技术中优点最为全面的测量技术。针对于国内激光测振仪器精度普遍较低、信号干扰较为严重且多为单点测量的现象,本文以精密加工机床为研究对象,提出光纤式激光干涉的双通道测振技术,能够实现高精度、高信噪比的双通道测量,使测量系统更为稳定和准确。首先对光纤激光干涉测振所需要的关键技术与数学
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随着高科技产业的迅速发展,尤其像精密机床加工等产业,对于振动测量的精度和可靠性需求日益提高。激光干涉测振技术是多种振动测量技术中优点最为全面的测量技术。针对于国内激光测振仪器精度普遍较低、信号干扰较为严重且多为单点测量的现象,本文以精密加工机床为研究对象,提出光纤式激光干涉的双通道测振技术,能够实现高精度、高信噪比的双通道测量,使测量系统更为稳定和准确。首先对光纤激光干涉测振所需要的关键技术与数学方法进行研究,在此基础上建立测量数学模型。多普勒效应与光外差技术的应用,使得系统具有较高的测量精度;利用声光调制获取100MHz的稳定频差,既满足外差测量需求,又提高测量分辨率;分析光纤传输特性并搭建光纤光路,替代了传统空气光路,使系统的抗干扰能力得到增强;双通道测量的设计,提高测量系统适用性。其次完成测振系统所需关键光电器件的选型与电路部分设计。通过性能分析,选择低噪声、高输出功率、相干性良好的半导体激光器,并完成其整体驱动电路设计,通过响应度高的光电探测器完成光电转换;光纤及准直探头、环形器等光纤无源器件的研究与设计,使得整体光路具备一定自适应测量距离与抗干扰能力;为实现多普勒频移信号的筛选,设计相关的选频放大、解调与滤波等信号处理电路。然后完成数字信号的处理算法研究,根据PSD和自相关函数的关系,并利用快速傅里叶变换实现快速相关分析,使测量系统响应速度得到提高。从同频段噪声中将多普勒信号提取,提高系统分辨力。此外,反演补偿算法使得系统的稳定性得到提高,改善了系统的幅频与相频特性。最后进行测量系统的测试验证实验、现场振动测量及相关不确定度评定。从多组测试验证实验可以发现测振系统具有良好的自适应能力且双通道同步性较好,其相对误差很小;此外现场振动测量说明对于加工机床的振动分析具有可靠性;对影响测量系统的不确定度进行溯源分析,最终不确定度评定结果表明系统不确定度小于0.6%,测量具有可靠性,有一定指导意义。
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