[发明专利]基于带通采样的外差式激光测振方法

说明书

本发明公开了一种基于带通采样的外差式激光测振方法，该方法包括基于带通采样定理确定避免采集后外差式激光多普勒信号频谱混叠的不同整数m对应的有效采样频率段；通过带通采样保护带宽保证足够的工程裕量，避免实际激光多普勒信号的频谱混叠；提出一种基于带通采样的最佳采样频率自动选择方法，以确定外差式激光多普勒信号的最佳采样频率；最后基于相位展开正弦逼近法(PUSAM)实现已采集外差式激光多普勒信号的解调。本发明在有效保证高精度振动测量的前提下，具有所需采样频率低、采集数据量小、实时性好、不存在相位延时的特点。本发明方法有效解决了传统外差式激光测振方法对于外差式激光测振存在所需采样频率高或相位延时的不足。

技术领域

本发明属于激光振动测量领域，尤其适用于外差式激光干涉绝对法振动校准中的振动信号测量。

背景技术

外差式激光振动测量方法主要包括外差式激光多普勒信号的采集与已采集到激光多普勒信号的解调，采集的目的在于保证避免频谱混叠的条件下实现模拟外差式激光多普勒信号到数字激光多普勒信号的转换，解调的目的在于通过外差式激光多普勒信号实现被测振动测量。对于常规的外差式激光干涉绝对法振动校准，外差式激光多普勒信号的带宽远小于外差式激光多普勒信号的载波频率，基于带通采样的外差式激光多普勒信号所需采样频率仅与激光多普勒信号的带宽有关，而不需满足大于两倍的激光多普勒信号最大频率，且不需要使用任何外部模拟器件的调制原始激光多普勒信号。

常用的外差式激光多普勒信号采集方式有依据Nyquist采样定理的NS采集方式与使用模拟混频器与低通滤波器的MLPFS采集方式。NS采集方法具有所需采样频率高、采集数据量大、采集信号测量精度高等特点；MLPFS采集方式具有所需采样频率低，采集数据量小、采集信号测量精度高、需要外部模拟混频器与低通滤波器、存在相位延时等特点。典型的外差式激光多普勒信号解调方法有时间间隔正弦逼近法、微分相除积分正弦逼近法。时间间隔正弦逼近法与微分相除积分正弦逼近法均需要对采集的激光多普勒信号微分，微分放大激光多普勒信号的噪声，且时间间隔正弦逼近法的振动信号拟合点数较少，传统的外差式激光多普勒信号振动测量精度有限。

因此，针对目前外差式激光测振方法存在采样频率高与处理数据量大、实时性差或存在相位延时、振动信号测量精度有限等缺点，本发明提出一种所需采样频率低、不存在相位延时、不需外部模拟器件、实时性好、测量精度高的外差式激光测振方法。

发明内容

本发明的目的在于针对目前的外差式激光测振方法存在所需采样频率高与处理数据量大或需要外部模拟器件与存在相位延时、振动测量精度有限等不足，提供了一种基于带通采样的外差式激光测振方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为基于带通采样的外差式激光测振方法，该方法包括：有效采样频率段的确定，通过有效采样频率段的确定计算振动交越频点处外差式激光多普勒信号的有效采样频率段，包括用不同整数m所对应的有效采样频率段，满足下限截止频率大于n倍B的有效采样频率段。

引入带通采样保护带宽，用于保证有效采样频率的工程裕量，避免采集实际激光多普勒信号出现频谱混叠。

最佳采样频率的自动选择，用于自动计算外差式激光多普勒信号的最佳采样频率，提高外差式激光振动测量的准确性。

振动信号测量，基于PUSAM实现已采集到外差式激光多普勒信号解调，包括PU与SAM，用于确定被测振动的位移、速度、加速度信号。

基于带通采样的外差式激光测振方法包括以下步骤，

S1：基于带通采样定理确定不同整数m对应的避免采集外差式激光多普勒信号频谱混叠的有效采样频率段；

S2：利用带通采样保护带宽保证足够的工程裕量，避免实际激光多普勒信号的频谱混叠；

S3：基于带通采样的最佳采样频率的自动计算，以最佳采样频率采集外差式激光多普勒信号；