壓管機控制系統(tǒng)研發(fā)

1、摘 要近年來，隨著科技的發(fā)展，特別是現(xiàn)代工程技術發(fā)展，振動測量技術的應用范圍越來越廣，在測量中的重要性也日益突出，同時對測振技術的要求也越來越高，不僅要求測量精確度高、信號采集速度快、抗干擾性強，還要滿足在某些苛刻環(huán)境下的測量，比如高溫、高壓、高速、腐蝕、放射的等場合。激光多普勒測振技術是近幾年最具發(fā)展?jié)摿Φ臏y振技術之一，在測振方面有著非入侵、遠距離、高精確度、快速響應等優(yōu)勢。本文主要工作如下：1.本文以激光多普勒測振技術為課題，介紹激光多普勒的發(fā)展歷史及其研究現(xiàn)狀。2.完成對激光多普勒測振技術的理論分析，闡述了激光多普勒測振的三個模型，以及各自的特點，設計了雙散射光束型差動光路模型。3.對激

2、光多普勒測振儀光電轉換技術進行分析，設計一套光電轉換系統(tǒng)，實現(xiàn)光電轉換，采用前置差分放大電路采集微弱信號，二階有源濾波電路除去噪聲。4.對光電信號轉換系統(tǒng)進行了實驗仿真，完成了光電轉換系統(tǒng)的仿真調(diào)試。關鍵詞:激光多普勒效應，振動測量，光電轉換技術，差分放大，濾波AbstractWith the development of science and technology , especially the development of modern engineering and technology in recent years, the applications of vibration m

3、easuring technique have been more and more widely, its importance is reflected day by day. The vibration measurement technology are increasingly high requirements, not only requires high accuracy of measurement, signal acquisition speed, strong anti-interference, but also to meet the measurements in

4、 the harsh environment, such as high temperature, high pressure, high speed, corrosion and radiation of occasions. Laser Doppler vibration measuring technique is one of the most potential vibration measuring techniques in the future, it has an advantage of no touch, long distance, high precision and

5、 rapid response in measurement of vibration.The following results are achived in this paper:1. In this paper, the technique of laser Doppler vibration as the subject, introducing the development history and research status of laser Doppler.2. The authors analysis the theory of Laser Doppler vibratio

6、n measuring technique technology and their respective characteristics, design a Optical of double beam - double scattering mode.3. The authors analyze excitation Laser Doppler vibration photoelectric conversion technology, a photoelectric conversion system design, realization of photoelectric conver

7、sion, with the front differential amplifier circuit for weak signal acquisition, noise is removed by a second order active filter circuit.4. The simulation experiments were conducted on the designed system, completed the debugging of system simulation.key word: Laser Doppler Effect, vibration detect

8、ing, optical-electric conversion technology, difference amplify，wave filtering目錄摘 要2Abstract3第1章 概述31.1 選題的背景與意義31.2 激光多普勒測振技術的發(fā)展概況與研究現(xiàn)狀3第2章 激光多普勒測振儀系統(tǒng)設計32.1 光的多普勒效應與激光測振原理32.2 激光多普勒檢測模型的選擇與光路系統(tǒng)的設計32.2.1 光學差拍技術與外差檢測模型32.2.2 激光多普勒測振儀光路系統(tǒng)的設計32.3 光電信號轉換算法分析32.3.1 光電檢測器件32.3.2 光電轉換系統(tǒng)設計32.5 光電信號轉換仿真32.4

9、數(shù)據(jù)采集與處理3第3章 誤差分析33.2 實驗數(shù)據(jù)及處理33.3 誤差分析3第4章 提高精確度措施3第5章 總結與展望3致 謝3參考文獻3第1章 概述1.1 選題的背景與意義近年來，隨著現(xiàn)代工程技術的飛速發(fā)展，振動測量技術的在工程技術中應用越來越廣，其重要性日益體現(xiàn)，對測振技術的要求也越來越高，不僅要求測量精確度高、信號采集速度快、抗干擾性強，還要滿足在某些苛刻環(huán)境下的測量，比如高溫、高壓、高速、腐蝕、放射的等場合。傳統(tǒng)的接觸式測振方法由于檢測裝置與被測對象接觸，形成干擾，并且無法得到準確的被測對象實時動態(tài)特性等各方面的不足，使得非接觸式的高靈敏度、智能化的測振技術具有極高的應用價值，成為測振

10、技術發(fā)展的主流方向。激光多普勒技術是一門將光學多普勒效應與光學外差干涉檢測技術相結合的技術，而將激光多普勒技術應用于振動測量，利用光外差檢測技術提取低頻干涉信號中的振動信息，具有高精確度、非入侵式、抗干擾強、響應速度快等優(yōu)勢，是近幾年最具發(fā)展?jié)摿Φ臏y振技術之一。本文結合課題介紹激光多普勒技術的發(fā)展歷程，分析激光多普勒測振技術的原理，研究激光多普勒測振儀的應用1.2 激光多普勒測振技術的發(fā)展概況與研究現(xiàn)狀多普勒效應最早是在1842年由奧地利數(shù)學家多克里斯琴·約翰·多普勒（Christian Johann Doppler）提出的：波在波源移向觀察者接近時接收頻率變高，而在波源遠

11、離觀察者時接收頻率變低【1】。比如，當警車一路鳴笛行駛而來，站在路邊行人聽到的鳴笛聲音越來越響，音調(diào)也越來越尖，而當警車呼嘯而去的時候，行人聽到的鳴笛聲越來越弱，音調(diào)越來越低。這是由于振源與觀察者之間存在著相對運動，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率，這就是多普勒頻移現(xiàn)象。繼1950年愛因斯坦用相對論證明了，聲波中存在的多普勒效應在光波中也同樣存在后，1960年，第一臺激光器的誕生使多普勒效應的應用從聲學領域開始擴展到了光學領域。從1964年，Yeh與Commins首次觀察到水體流動過程中粒子散射光的頻移【2】，證實激光多普勒頻移可以用來測量流體速度，至今，激光多普勒技術已經(jīng)歷了50多年的發(fā)

12、展，而激光多普勒測振技術最早便是從激光多普勒測速技術上發(fā)展而來的，其發(fā)展過程主要可分為以下三個階段1,2,3：60年代激光多普勒技術發(fā)展初期。受光學裝置結構簡單、使用調(diào)試不便、光學效率和性能太低的影響，同時，各種外差檢測模型還未被證實，頻譜分析儀的精度太低耗時過長，新的數(shù)據(jù)處理無法推廣應用等各方面外部條件的限制，多普勒技術雖然很早出現(xiàn)，但在該時期沒能得到很好的發(fā)展推廣。即使是在實驗室的實驗也只停留在低湍流條件下的流體流速測量，并且實驗結果不精確，以平均速度分布為主。70年代激光多普勒技術發(fā)展中期【3】。這是多普勒技術發(fā)展最為活躍的一個時期，在這期間，近代光學技術發(fā)展起來，光學頻移、頻率分離、空

13、間慮波、偏振分離等技術的在多普勒技術中得到廣泛應用。集成光學單元的發(fā)展使激光多普勒系統(tǒng)的光路結構更為緊湊，調(diào)試也更為簡便，為更復雜高效的光路系統(tǒng)的出現(xiàn)提供可能。新的信號處理方法的出現(xiàn)，以及相應信號處理器的開發(fā)應用，也為激光多普勒技術的推廣應用創(chuàng)造了條件。1975年，在丹麥首都舉辦了“激光多普勒測速國際討論會”，標志著這一技術的成熟【4】。80年代至今是激光多普勒技術步入實用型的一個階段。在這一時期，激光多普勒技術的應用不在局限于最初的流體力學研究應用，它被不斷的應用于實際工程、質(zhì)量檢測、醫(yī)療檢查等領域，比如醫(yī)學上的彩超、模型的模態(tài)特性分析、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測、在線控制、結構探傷等。目前國內(nèi)外市場上

14、的激光測振儀大致有一下幾種【5】：單點式激光測振儀、掃描型激光測振儀、三維激光多普勒測振儀、遠程激光測振儀、多點式激光多普勒測振儀、激光脈沖多普勒測振儀，我國的激光多普勒技術水平跟國際還有不少差距，自動調(diào)焦系統(tǒng)、微型便攜式、大尺寸物體振動測量是近幾年的發(fā)展趨勢。第2章 激光多普勒測振儀系統(tǒng)設計2.1 光的多普勒效應與激光測振原理任何形式的波在傳播當中，當波源移向觀察者時，觀察者接收到的頻率變高，而當波源遠離觀察者時，觀察者接受到的頻率變低，這種現(xiàn)象稱為“多普勒效應”，變化的頻率稱為“多普勒頻移”。在光波傳播中，光波的這種頻移稱作“光學多普勒效應”。本文就是利用光的多普勒效應，通過測量振動物體表

15、面漫反射回來的相干光波，經(jīng)過信號的調(diào)制分析，還原光波中所攜帶的振動信息（多普勒頻移）。下面從三種情況分析光的多普勒效應。1.光源由運動光源發(fā)出，到達靜止觀察點圖2.1 運動光源產(chǎn)生的多普勒頻移如圖2.1所示，運動光源S發(fā)出的光波頻率為f到達靜止的觀察點B，S的運動速度為v，與光波傳播方向的夾角為。初始時，光源S與觀察點B的距離為c·t，當光源運動時，光源到觀察點的距離被壓縮為（c-vcos）·t。因此，B點接受到的光波的波長為： （2.1）對應的頻率為： （2.2）在光源運動速度v遠小于光速c的情況下，B點接收到的光波與S點發(fā)出的光波的頻移量近似為： （2.3）2.光波由靜

16、止光源發(fā)出，到達運動觀察點圖2.2 觀察點運動產(chǎn)生的多普勒頻移如圖2.2所示，靜止光源S發(fā)出的光波到達運動觀察點B，B點接收到的光波頻率為： （2.4）頻移量為： （2.5）3.光波由靜止光源發(fā)出，經(jīng)運動物體散射，到達靜止觀察點圖2.3 經(jīng)運動物體散射產(chǎn)生的多普勒頻移如圖2.3所示，靜止的光源S發(fā)出頻率為f的光波，到達速度為v的運動物體P，產(chǎn)生一次多普勒頻移，然后通過P散射到靜止的觀察點B，產(chǎn)生第二次多普勒頻移。光波達到運動物體P經(jīng)歷第一次多普勒效應，由于式（2.4）其表達式為： （2.6）散射光達到B點經(jīng)歷第二次多普勒效應，由式（2.2）得到其表達式為： （2.7）其中，1為SP與物體P運動

17、方向v的夾角，2為PB與物體P運動方向v的夾角。在物體運動速度v<<c情況下，經(jīng)過兩次多普勒變換后，最終的頻移量近似為： （2.8）通過三角變換可得： （2.9）由圖（2.3）可知： （2.10） （2.11）式中，為散射角，為PQ與運動速度方向的夾角，PQ為SPB的角平分線。根據(jù)三角關系： （2.12） （2.13）將和替換1、2，代入公式（2.9）得到： （2.14）可化解為用波長表示： （2.15）這就是多普勒頻移方程最常用的表達式了。可見，多普勒頻移與速度v在散射方向上的分量vcos和散射半角的正弦值有關。在簡諧振動中，速度v與時間t的關系為： （2.16）位移x與時間t的

18、關系為： （2.17）式中，fP為簡諧振動物體的振動頻率，將式（2.16）代入式（2.15），可得到在簡諧振動中多普勒頻移與時間的關系式： （2.18）可見，在光在經(jīng)過做簡諧振動的物體散色后，產(chǎn)生的多普勒頻移信號的周期與簡諧振動的周期相等，多普勒頻移信號的幅值與簡諧振動的幅值和頻率的乘積成正比。2.2 激光多普勒檢測模型的選擇與光路系統(tǒng)的設計2.2.1 光學差拍技術與外差檢測模型可見光的頻率一般在1014數(shù)量級左右，遠遠超出光譜儀的測量范圍，在實際應用中，振動物體的運動速度相比光速要小得多，產(chǎn)生的多普勒頻移十分小。例如，設光源的頻率為5.1×1014Hz，物體的運動速度為20m/s，

19、則散射光的最大頻移為68MHz，是光源頻率的1/7500000，任何光電器件都無法響應如此微小的變化，只能通過間接的方法光學外差檢測技術來測量。光學外差檢測技術是目前通用的一種激光多普勒技術，被廣泛應用于雷達、激光測速、測振、和光譜學等方面【6】。該檢測技術有別與直接檢測，不能直接探測光波的一些波形特性的變化，比如周期、振幅等，而是將兩束光頻率不同的光，經(jīng)過分光鏡和可變光闌入射到檢測器表面，進行混頻，形成相干光場，經(jīng)過檢測器光電效應轉換后得到攜帶差頻信號的輸出信號，其檢測原理如圖2.4所示。圖中，fS為信號光波的平率，fL為本機振蕩（本振）光波的頻率，它們到達檢測器表面的電場分別為： （2.1

20、9） （2.20）式中，A0S和A0L是兩束光波的振幅，S和L是光波的初始相位。兩束光在光電探測器表面混頻后電場： （2.21）由于探測器接收到的光強度與混頻光的形成電場強度的平方成正比： （2.22）橫線表示取時間平均，將其展開得到：（2.23）式中，為比例因子en/hv，前兩項為余弦平方和是定值1/2，第三項為高頻信號，探測器不響應，視為0，所以式（2.23）可化簡為： （2.24） (2.25)為兩光波的初始相位差，為常數(shù)?？赏ㄟ^電容器過濾光電感應產(chǎn)生的直流分量，計算得到我們所要測的多普勒頻移f=fSfL。圖2.4 外差檢測原理示意圖在光外差檢測技術中，其基本光路按光學結構分主要有三種：

21、1.參考光束型又稱基準光束型，采用同一激光束分出的一束散射光與一束未經(jīng)散射的參考光束相干涉。2.單光束型又稱對稱外差型，采用同一束激光散射出的兩束不同方向上的散射光相干涉。3.雙散射光束型又稱差動多普勒型或干涉條紋型，采用同一激光束分出的兩束入射光的散射光相干涉。參考光束型多普勒測量法參考光束型多普勒測量法的光路結構如圖2.5所示。激光器發(fā)出的激光束經(jīng)分束鏡分成兩束強度不同的光，光強較強的光經(jīng)過被測物體散射作為散射光，其光強因被測物體表面特性發(fā)生改變，光強較弱的光作為參考光，兩束光在光探測器的光敏面上進行混頻。在測量中，散射光與參考光的光強分配難以控制，給測量帶來巨大的不變，需不斷調(diào)整。圖2.

22、5 參考光束型光路模型單光束型多普勒測量法單光束型測量光路的特點是：激光器發(fā)出的一束入射光直接射到被測點上發(fā)生散射，通過雙縫取兩個不同方向的散射光，經(jīng)反射鏡和分光鏡將兩束散射光匯聚到光電探測器表面進行混頻，得到多普勒頻移。圖2.6 單光束型光路模型雙散射光束型多普勒測量法【7,8】此光路的特點是：產(chǎn)生的多普勒頻移只與兩束入射光有關，與兩束散射光的頻差以及方向無關，所以可以光電探測器可以任意方向接收信號；測量時，光路調(diào)節(jié)比較容易，當干涉條紋清晰度最高時，兩束散射光的光強度相等會或近似相等；可以通過大口徑的接收透鏡來提高散射光接受率。圖2.7 雙散射光束型光路模型由于雙散射光束型光路具有眾多優(yōu)勢，

23、本文采用的就是基于該模型的光路。2.2.2 激光多普勒測振儀光路系統(tǒng)的設計圖2.8 系統(tǒng)光路結構圖本文以雙光束雙散射外差模型作為光學系統(tǒng)的結構原型，具體設計結構如圖2.8所示。He-Ne激光器發(fā)出的激光經(jīng)過分束鏡SP（分數(shù)比為1:1）分成反射光S光和入射光P光，S光經(jīng)反射鏡M1調(diào)節(jié)后與P光平行，兩光通過凸透鏡L1聚焦，入射到被測物體測量點上發(fā)生散射，使得散射光中攜帶振動物體的振動信息，兩束散射光經(jīng)過L1聚焦，再次平行，通過反射鏡M2調(diào)節(jié)方向、透鏡L2聚焦，入射到光電接收器的表面，進行光電轉換。在激光多普勒測振中，由于多普勒測量的原理的要求，對選用的光源要求功率大且相干性良好，He-Ne激光器具

24、有輸出光束質(zhì)量好，譜線寬，結構簡單，成本低的優(yōu)點，所以本文設計用He-Ne激光器作為激光光源。2.3 光電信號轉換算法分析2.3.1 光電檢測器件常用光電檢測器件有【9】：光電池、光電二極管、PIN型光電二極管、雪崩光電二極管、光電三極管、光電位置敏感器件、光電倍增管、光敏電阻，在激光多普勒測振儀中常用光電二極管、雪崩光電二極管和光電倍增管這三種，主要考慮：光電二極管的響應頻率、靈敏度、電流放大倍數(shù)和價格參數(shù)?？紤]到散射光的信號十分微弱，選擇半導體雪崩光電二極管。半導體雪崩光電二極管又稱固態(tài)光電倍增管，具有體積小、響應速度快、檢測靈敏度優(yōu)點，在檢測微弱光信號方面有巨大優(yōu)勢。本系統(tǒng)采用高增益雪崩

25、光電二極管AD230-8，其基本參數(shù)如表2.1所示。表2.1 AD230-8基本參數(shù)型號光敏面積響應時間光譜響應范圍峰值波長暗電流封裝AD230-8直徑230um，0.042mm2180ps4001100nm780nm左右典型值0.3nA，最大不超過1.5nATO52S32.3.2 光電轉換系統(tǒng)設計圖2.8是光電轉換電路的基本電路，當光波到達光電二極管表面后，光電二極管輸出相應大小的電流信號，電流信號經(jīng)過一個積分電路，轉換成電壓信號。如圖2.9是在圖2.8的基礎上增加兩個電容，對基本電路進行優(yōu)化，C1減小了帶寬，C2減小了電路中的1/f噪聲。 圖2.8 基本電路 圖2.9改進的電路本文所設計的

26、光電轉換電路如圖2.10所示，選用AD8014運算放大器。圖2.10 光電轉換電路激光多普勒拍頻信號產(chǎn)生的電流十分微弱，所以光電轉換電路輸出的電壓信號也很小，需要將電壓信號進行放大。本文設計如圖2.11所示的三級放大電路，可將電壓信號放大1000倍。圖2.11 三級前置放大電路為消除噪聲對信號的影響，設計如圖2.12所示的低通濾波電路，采用二階壓控電壓源（VCVS）切比雪夫型低通濾波器， VCVS電路有著阻抗低放大能力高的特點，調(diào)節(jié)R3 和R4可以得到電路增益的精確值。圖2.12 濾波電路2.5 光電信號轉換仿真在光電仿真過程中，由于軟件protues中沒有光電二極管元件，因此以弱電流信號替換

27、光電二極管元件，驗證系統(tǒng)所設計的光電轉換電路的可行性。光電轉換仿真電路如圖2.13所示：C1=47pF， C2=0.1µF，R1 =10k，R2= 220。 圖2.12 光電轉換電路仿真三級前置放大電路仿真如圖2.13所示，每級放大電路都采用OP27AP放大器。 圖2.13 三級前置放大電路仿真濾波電路仿真圖如圖2.14所示：圖2.14 濾波電路仿真電路圖2.4 數(shù)據(jù)采集與處理本文主要研究激光多普勒測振儀光電轉換技術，因此，對于多普勒信號的分析處理不做太多深入研究，僅僅其采樣過程和處理算法做簡要分析。對連續(xù)的模擬信號進行離散化處理，也就是A/D信號轉換過程中，為了獲得沒有失真的離散信

28、號，即保留原信號的全部信息，實在通過采樣得到離散信號時，其采樣頻率應滿足fs>2fmax，fs為采樣頻率，fmax為連續(xù)信號的最大頻率。通常把最低允許的采樣頻率fs=2fmax成為奈奎斯特頻率。在實際操作中，為保證信號不失真采樣頻率fs一般不設置為被采信號最大頻率的2倍，而取最高頻率的510倍。根據(jù)仿真振動頻率設置的情況，合理的設置采樣頻率和采樣時間，確保采樣信號不失真。信號處理算法的優(yōu)劣直接影響到最后測量結果的精確度，將傳統(tǒng)的定時測周法、定周測時法和頻譜分析法相比較，頻譜分析法有著能記錄信號，而且測量精度高、靈活性強、能記錄振動規(guī)律等優(yōu)勢，而且隨著計算機硬件技術的發(fā)展，頻譜分析法需要較

29、大數(shù)據(jù)存儲空間的缺點，也不再影響其應用了?；贔FT頻譜分析方法在速度信號的處理分析方面應用十分廣泛，該方法不僅計算速度快，還能在頻域內(nèi)定位。FFT即快速傅立葉變換（fast Fourier transform）【10】，是離散傅里葉變換（簡稱DFT）的高效算法，可以將時域信號轉換成頻域信號，以分析一些在時域上難以觀察出信號波形特征的信號，還可以提取信號的頻譜。相較于計算量過于龐大的DFT算法，F(xiàn)FT算法因為利用了旋轉因子的周期性大大減少了計算量，計算效率更高，應用范圍也比DFT更廣。DFT的運算為： （2.26）式中，旋轉因子的定義為： （2.27）旋轉因子是相位不同、振幅均為單位1的復變量

30、，是周期為N的周期函數(shù)。由于旋轉因子具有對稱特性，因此，方向相反的因子之間存在180度的相移。由這種方法計算DFT對于X（k）的每個k值，需要進行4N次實數(shù)相乘和（4N-2）次相加，對于N個k值，共需N*N乘和N（4N-2）次實數(shù)相加。改進DFT算法，減小它的運算量，利用DFT中WNkn的周期性和對稱性，使整個DFT的計算變成一系列迭代運算，可大幅度提高運算過程和運算量，這就是FFT的基本思想。下面以基2FFT算法為例，介紹一下FFT算法的原理?？紤]一個復數(shù)序列 x(n)，n=0，1，N-1，它是長度為 N 的有限序列，假設N是偶數(shù)，則x(n)可以拆成兩個子序列：（2.28）x1(r)，x2(

31、r)，分別是序列x(n)中的偶數(shù)項與奇數(shù)項的序列，每個序列的長度N/2，這種降低時域樣本采樣率的做法稱為時域抽?。―IT）。求DFT時也按奇偶兩個序列分別求和，可得到： （2.29）因為式（2.29）可改寫成： （2.29）其中，是兩個N/2點的DFT，其旋轉因子WN/2以N/2為周期，X1(k)，X2(k)的周期也應是N/2，可以得到： （2.30）于是可以把N點的DFT X (k)變換為兩個N/2的DFT X1(k)，X2(k)來計算。 （2.31）式（2.31）是快速傅里葉變換中的一種基本運算，可用于下圖2.15所示的“蝶形運算”流程圖來表示。輸入端是兩個 N/2 點的 DFT，輸出得到

32、的是N點的 DFT。每次蝶形運算需要作一次復數(shù)乘法和兩次復數(shù)加（減）法。圖2.15 蝶形運算信號流程當N取8個點時，其FFT信號流程如下圖2.16所示。對于一個N點的序列，把 DFT分成K=log2N段來計算，每一段要做 N/2次蝶形運算，每一段需要N/2次復數(shù)乘法和N次復數(shù)加法。整個 FFT只需要0.5N·log2N和N·log2N次復數(shù)加法。當N很大時，F(xiàn)FT 可以顯著的縮短計算時間和空間。圖2.16 8點FFT信號流程圖第3章 誤差分析3.2 實驗數(shù)據(jù)及處理光電轉換電路實際電壓輸出值與理論計較見表3.1，從3.1可見光電轉換電路的相對誤差不超過0.8%，精確度還不錯。

33、表3.1 光電轉換電路數(shù)據(jù)記錄編號弱電流/mA理論電壓/mV輸出電壓/mV相對誤差%10.0011.001.00020.0022.001.990.530.0033.003.00040.0044.003.970.7550.0055.005.040.8圖3.1是放大電路信號響應曲線，當輸入電壓幅值為5mV時，輸完電壓波形的幅值約為5V，放大功率與設計要求相符。圖3.1 放大電路響應曲線圖3.2所示是濾波電路的輸入信號為2kHz和20kHz時，對應的輸出波形的，經(jīng)過仿真測量，電路的截止頻率約為9.97kHz，與本文設定的10kHz的截止頻率存在3%的相對誤差。 圖3.2 fi =2kHz，輸出波形曲

34、線 圖3.3 fi =20kHz，輸出波形曲線3.3 誤差分析在實驗過程中，誤差是必然存在的，接下來對本系統(tǒng)實驗出現(xiàn)的誤差的可能原因進行分析：1.溫漂對系統(tǒng)電路元件參數(shù)的影響。在本文設計的光電轉換系統(tǒng)電路中，無論是光電轉換電路、放大電路還是濾波電路都用到了運放，運放中晶體管對溫度變化最為敏感，主要影響參數(shù)UBE、ICBQ和值。溫度升高使UBE輸入特性曲線左移，ICBQ和值，其規(guī)律是溫度每上升1UBE減小22.5毫安，值增大0.51%，每上升10ICBQ大約增大一倍?？紤]本實驗是在計算機環(huán)境下的仿真，應該不存在溫漂，但在實際應用中，溫漂必然存在。2.運放噪聲引起的誤差。運放由一些有源元件和無源元

35、件組成，會在散彈噪聲、熱噪聲、爆破噪聲、閃變噪聲和雪崩噪聲5種類型的噪聲。4.光電轉換電路中，反饋電阻R2的阻值設定過大，會使電路產(chǎn)生自激震蕩，引起誤差。3.外圍電阻阻值引起的誤差。在實際應用中電阻實際電阻值與標示值存在偏差，或者電阻值歲溫度變化而產(chǎn)生偏差，都會引起運放電路的運算誤差。第4章 提高精確度措施通過本論文工作的研究分析，接下來從以下幾個方面，分析提高激光多普勒測振儀測量精確度的措施：1.光學系統(tǒng)結構優(yōu)化方面：用聲光調(diào)制器取代1:1分束鏡進行分束。聲光調(diào)制器由聲光介質(zhì)和壓電換能器構成。當驅(qū)動源的某種特定載波頻率驅(qū)動換能器時，換能器即產(chǎn)生同一頻率的超聲波并傳入聲光介質(zhì)，在介質(zhì)內(nèi)形成折射

36、率變化，光束通過介質(zhì)時即發(fā)生相互作用而改變光的傳播方向即產(chǎn)生衍射。聲光效應的衍射分為拉曼-奈斯衍射與布拉格衍射，由于拉曼-奈斯衍射效率較低，所以在實際應用中多采用布拉格衍射。當頻率為f0的激光束以布拉格角入射到聲光調(diào)制器上，會分成一束頻率為f0的入射光和一束頻率為（f0+ fc）的1級衍射光，fc為聲光調(diào)制器設定的超聲波調(diào)制頻率，通過調(diào)節(jié)超聲波的頻率可調(diào)節(jié)入射光與衍射光的偏轉角。聲光調(diào)制器可以調(diào)節(jié)激光束方向，控制激光束強度，相比于分束鏡分出的激光束，可以得到更好的干涉條紋。2.光電轉換系統(tǒng)的優(yōu)化：在實際應用中，溫度的變化會對差分放大電路中的電路元件參數(shù)產(chǎn)生影響，使輸出信號失真，即產(chǎn)生了溫漂。給

37、差分放大電路增加溫度補償環(huán)節(jié)，可以抑制溫漂。在前置放大電路與低通濾波電路之間增加通頻濾波器，進一步抑制噪聲，放大有用信號，提高精確度。第5章 總結與展望在本論文中，作者完成了一下工作：1.完成對激光多普勒測振技術的理論分析，闡述了激光多普勒測振的三個模型，以及各自的特點，設計了雙散射光束型差動光路模型。2.對激光多普勒測振儀光電轉換技術進行分析，設計一套光電轉換系統(tǒng)，實現(xiàn)光電轉換，用前置差分放大電路對采集微弱信號，用二階有源濾波電路除去噪聲。3.對設計的系統(tǒng)光電轉換環(huán)節(jié)進行了實驗仿真，證實了所設計的光電轉換電路可用于采集激光多普勒信號，并進行光電轉換，通過差分放大電路，和二階有源濾波電路，對信

38、號進行放大除噪。同時也對明確了本文存在的不足，以及下一步的研究方向：1.研究一套可以實現(xiàn)激光多普勒測振技術，從信號發(fā)出到多普勒效應產(chǎn)生，到光電信號轉換實現(xiàn)，到信號采樣分析都可以式樣的仿真軟件。目前，激光多普勒測振技術的研究測試都以搭建實驗臺的方式進行，成本過高，隨著激光多普勒測振技術的應用越來越廣，一套專門用于開發(fā)研究記過多普勒技術的實驗仿真軟件十分有必要。、2.優(yōu)化理論體系，目前研究還只是在仿真階段，光學結構和分析算法都還太簡單，測量范圍和測量精度都跟國外有著很大差距。3.激光多普勒測振信號拍頻算法的優(yōu)化。激光多普勒測振信號其實是一個周期信號，除了用快速傅里葉算法將時域信號轉化為頻域信號的方

39、法，尋找一套算法跟更簡單，計算結果更精確的算法。致 謝光陰如梭，不知不覺我已經(jīng)在浙江大學寧波理工學院生活學習將近4年了，在這論文即將完筆之際，我的大學生涯也即將接近尾聲。在這四年里，我有受挫過，迷茫過，焦慮過，也充實過，快樂過，無論如何，我收獲了很多，在此我要寫下我誠摯的謝意，感謝這些年所以支持、陪伴、幫助過我的同學、朋友和老師們。首先我要感謝我的論文指導老師馬修水老師。本論文的工作是在馬老師的悉心指導下完成的。馬老師是一名學術嚴謹知識淵博的制動化專業(yè)教授，在學術上一直要求學生態(tài)度嚴謹，工作負責。同時，他將學生視為自己的孩子，在傳授專業(yè)知識的基礎上，關心學生的未來，經(jīng)常教導我們珍惜時間，抓住機

40、會，努力學好本領，將來能找到好工作。馬老師還教會了我很多為人處世的方法，很多做人的道理，在潛移默化中指導了我的成長。感謝在這幾年了馬老師所給予的父親般的關心和教導。其次，感謝實驗室研究生劉杰坤學長在我論文工作期間，對我論文工作的悉心指導和幫助，也感謝周鵬同學對我論文工作的巨大幫助。然后，感謝實驗室的兄弟姐妹。在這大學四年里，最明智的一個決定就是進了馬老師的實驗室，雖然那段時間很辛苦，但是卻讓我學到了太多，也收獲了太多。在實驗室，我結識了支雄飛學長、周鵬、王侃、錢紅瑩、王帥等同學，我們一起做科研，一起完成課題項目，一起參加科研競賽，不僅在工作學習上互幫互助，在生活上也是彼此的摯友，感謝他們這幾年的陪伴與幫助。不得不說，我在實驗室所獲得的所有成績，都離不開他們的幫助。還要感謝我的老師同學和室友們。作為班里唯一的女生，在生活和學習上，班級老師和同學都對我頗為照顧，特別是班導師鐘偉紅老師和班長孟安棟。我的室友們汪欣月、周漪蓮、施怡穎，都是電氣工程專業(yè)的女生，我們一同生活了4年，親如姐妹，感謝她們這些年的陪伴與照顧。另外感謝我的家人，感謝他們二十年來對我的付出，感謝他們對