Разработка оптико-электронного комплекса для исследования колебаний шероховатой поверхности

• Автор: Москалевич, Владимир Игоревич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

1 Современные тенденции развития лазерной доплеровской виброметрии

1.1 Основные оптические схемы ЛДВ

1.2 Методы обработки доплеровских сигналов

1.3 Выводы по первой главе

2 Компьютерный анализ сигналов ЛДВ

2.1 Выходная характеристика гомодинного ЛДВ

2.2 Аналоговая модель сигналов ЛДВ

2.3 Цифровая модель сигналов ЛДВ

2.4 Моделирование аналогового сигнала ЛДВ при различных информативных и неинформативных параметрах

2.5 Методика моделирования цифровых сигналов ЛДВ с шумами

2.6 Учет шероховатости поверхности

2.7 Выводы го второй главе
3 Цифровая обработка сигналов ЛДВ
3.1 Анализ сигналов ЛДВ по методу максимальной гармоники
3.2 Цифровая фильтрация сигналов ЛДВ
3.3 Метод обработки по урезанному сигналу ЛДВ
3.4 Вейвлет-анализ сигналов ЛДВ
3.5 Анализ погрешности определения амплитуды виброколебаний
3.6 Выводы по третьей главе
4. Оптико-электронный комплекс лазерного доплеровского виброметра
4.1 Макет комплекса ЛДВ
4.2 Программное обеспечение
4.2.1. Моделирование сигналов ЛДВ с помощью программы “Vibrometer"
4.2.2. Обработка сигнала ЛДВ с помощью программы “Vibrometer ”
4.3 Одновременное определение нормальной и тангенциальной составляющей амплитуды колебания
4.4 Применение оптико-электронного комплекса ЛДВ
4.4.1. Применение ЛДВ для исследования колебания поверхности с различным уровнем шероховатости
4.4.2. Применение ЛДВ для исследования колебания поверхности жидкости
4.4.3. Использование ЛДВ в качестве измерителя скорости движения поверхности жидкости
4.5 Выводы по четвертой главе
Заключение
Список литературы
Приложение А

Лазерная доплеровская виброметрия (ЛДВ) является самостоятельной частью большого научного и технического направления - лазерной интерферометрии, которая составляет метрологическую основу современного производства в области высоких технологий, в том числе и нанотехнологии. Отличительной особенностью сигналов ЛДВ является характер движения исследуемого объекта, приводящий к сложной структуре информационного сигнала и, следовательно, к комплексным системам его обработки [1].
Измерение скоростей поступательного либо колебательного движения частиц в потоках жидкостей и газов в настоящее время с хорошей пространственно-временной локализацией проводится при помощи лазерных , доплеровских анемометров (ЛДА) и виброметров (ЛДВ). Они представляют собой сложные измерительные системы, состоящие из лазера, оптико-*-? механического блока, фотоприемника, электронного процессора обработки сигналов и программного обеспечения. В целях повышения точности измерений, обеспечения их автоматизации, а также в целях унификации аппаратных и программных средств на практике все большее распространение получают компьютерные измерительные системы.
Особое внимание уделяется компьютерным методам определения параметров колеблющихся объектов с помощью цифровой обработки доплеровских сигналов, получающихся на выходе оптической схемы лазерного доплеровского виброметра.
В ЛДВ доплеровские сигналы, содержащие измерительную информацию и поступающие с выхода оптического датчика, вводятся при помощи высокопроизводительного стандартного интерфейса в компьютер, где обрабатываются с использованием специализированных цифровых алгоритмов. Использование персонального компьютера как составной части

• при большом периоде дискретизации цифровой сигнал не содержит высокочастотных составляющих спектра исходного аналогового колебания, в результате чего возникают искажения формы сигнала.
В соответствии с теоремой Котельникова частота дискретизации должна быть больше удвоенной верхней граничной частоты спектра исследуемого процесса. Как известно, спектр частотно-модулированного колебания является широкополосным, однако при Ка» 1 он сильно убывает после Qmax. Поэтому, если Ка» 1; частота дискретизации должна удовлетворять условию fd>2(Qmax/2n).
Вторым важным параметром АЦП является количество уровней квантования сигнала, определяемое разрядностью АЦП. Стандартные значения разрядностей в промышленно выпускаемых платах АЦП составляют от б до 24 бит с полосой пропускания от 50 кГц до 1 ГГц. Наличие шума квантования в сигнале, полученном с помощью АЦП,
приводит к специфической разновидности погрешности оценки параметров
сигнала ЛДВ [19]. Указанные шумы являются случайными аддитивными шумами с равномерным законом распределения. Практика показывает, что для большинства систем обработки сигналов ЛДВ 12 бит квантования (4096 уровней сигнала) вполне достаточно. На рисунке 16 показана цифровая модель сигнала при следующих параметрах моделирования: /0 = 1 o.e.,
М = 0,9, ЛГ = 19,86 рад/мкм, а = 2мкм, <р0=0, S0 = 0, Qo=1000 рад/с,
td = 5 мкс, 16 уровней квантования.