基于激光双光束共模补偿的流速测量技术的研究
针对工业生产中高温、高压有毒等复杂环境下的流速测量，本文提出了基于激光多普勒效应的测速方法。应用半导体激光器的直接调制和双光束共模补偿实现流速的测量，大大提高了测量精度。 首先，通过查阅大量国内外文献了解流速测量的意义及国内外的研究现状，整理分析现阶段应用的典型测速系统的优缺点。通过半导体激光器直接调制特性的分析得出直接调制技术的优点。通过对激光多普勒原理的理解，各种流速测量光路以及光纤光学理论的分析，设计测量光路并且推导出适合本系统的数学模型。通过参考光束与测量光束实现外差测量，提高测量精度，抑制直流漂移；应用光纤传导，大大提高了抗干扰的性能，实现了远距离传输。 其次，对半导体激光器进行直接调制时，为达到较好的调制效果，选取适合本系统的半导体激光二极管。为提高数据处理精度选取了光电探测器和微处理器；设计了系统的硬件电路，如：电源电路、激光器驱动电路、调制信号产生电路、光电转换电路、信号检测、解调、滤波电路等。采用触摸屏实现对测量结果的显示并且设计相应的触摸屏电路。硬件电路的设计提高了测量速度和精度。 然后，为提高数据处理的效率和准确度，分析了频谱分析法、计数法、快速傅里叶变换法等多种数据处理方法的优缺点，最终选取处理效率较高的快速傅里叶变换法对实验数据进行处理；并且对数据处理过程进行程序设计。智能化的方式处理数据，使得数据处理的速度和精度都有很大的提高。 最后，搭建实验系统，分析试验中存在的各项误差，并采取一定的措施进行改进。在性能试验中，验证了半导体激光器直接调制的可行性；通过和实验室现有测速系统实验结果的对比验证了当调制频率为100MHz时本系统可以达到较高的测量精度。对误差的分析和改进成功将测量误差控制在1%以内。 本文所研究的双光束共模补偿流速测量系统能够很好的测量流体的流速，对其在实际生产中应用具有一定的参考价值。
流速测量;多普勒效应;激光双光束;共模补偿
山东理工大学
硕士
仪器科学与技术
王辉林
2017
中文
TH814.91
64
2018-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）