激光多普勒测速仪的关键技术研究

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1、分类号：TH74密级：_______________UDC：编号:15-080200-24M河北工业大学硕士学位论文激光多普勒测速仪的关键技术研究论文作者：张月静学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：机械工程指导教师：王涛职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTHERESEARCHONKEYTECHNOLOGYOFLASERDOPPLERVELOCIMETERByZhangYuejingSuper

2、visor:Prof.WangTaoApril2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学

3、校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名日期：导师签名：日期：摘要激光多普勒测速仪可以精确的测量运动物体的运动速度，所测量的物体可以是运动的固体，也可以是流动的液体。它依据光的多普勒效应，利用运动物体中粒子对入射光的散射，并用光电检测器件对散射光的频移进行测量，根据检测出的频移就可以推算出物体运动的速度。激光多普勒测速仪的优点有：动态响应快、测量范围大、空间分辨率高、精

4、度高、无接触测量等，现在已经被广泛的应用于工业领域。本文研究的激光多普勒测速系统主要测量运动固体的速度，本文的主要内容包括光学的系统的设计、信号处理系统的设计以及速度显示部分的设计。1.光学系统的设计包括了对光源的选择，分光系统和光接收系统的设计。光源选用了线偏振光氦氖激光器；分光系统选用了分束镜和反射棱镜；光接收系统包括透镜、光电探测器、放大电路和滤波电路，其中透镜选用了大孔径透镜；光电探测器选用了雪崩光电二极管，并设计了三级放大电路将采集到的信号放大一千倍，然后采用二阶高通滤波器滤除噪声的干扰。2.多普勒信号从光信号转换为电信号后，需要把模拟信号

5、转换为数字信号。信号处理系统将光接收系统采集到的信号用数字信号处理器（DSP）进行信号处理，该系统的硬件部分包括了中央处理模块、A/D转换模块和FIR滤波器。软件部分利用CCS（CodeComposerStudio）作为开发平台，对数字信号处理快速傅里叶变换（FFT）的实验仿真。运用数字信号快速傅里叶变换（FFT）算法可以提取到多普勒频率，由多普勒频率推算出物体的运动速度。3.将DSP中处理的数字信号利用USB传入计算机中，通过Matlab设置人机交互界面——GUI（GraphicalUserInterface）图形用户界面。本文针对以上理论设计搭建

6、了一套多普勒测速系统，实现了对物体运动速度的测量。验证了激光多普勒测速技术的可能性。关键字：激光多普勒测速数字信号处理快速傅里叶变换CCSIABSTRACTLaserisakindofcleanandpollution-freeenvironmentalprotectionprocesstechnologyinopticalcommunication,atmosphericresearch,photochemical,medicineandsomesignificantfieldsintheopticalareas.Withthecontinuous

7、developmentofthelaser,laserrangingandlaservelocimeterbothdevelopedalot.Laseranddigitalcontrolsystemscomplementeachother,thustheimplementoftheprecisionmeasurementandnon-contactmeasurementisbecomingmoreeasierthanbefore.ThispaperfirstdescribeshowalaserDopplervelocimetrybeproduced,

8、andthelevelofcurrentacademicresearchachievements.Ithas