基于模态分解的非接触式动态位移测量系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114720998A(43)申请公布日2022.07.08(21)申请号202210348231.6(22)申请日2022.04.01(71)申请人重庆大学地址400030重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人邓明冯丹祺邓舒丹(74)专利代理机构重庆双马智翔专利代理事务所(普通合伙)50241专利代理师顾晓玲(51)Int.Cl.G01S17/34(2020.01)G01S7/4911(2020.01)G01S7/4913(2020.01)G01S7/493(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称基于模态分解的非接触式动态位移测量系统(57)摘要本发明提供一种基于模态分解的非接触式动态位移测量系统，将单频激光和扫频激光通过探头合束传输给待测物，待测物将回波光信号反射传回探头，回波光信号携带有测量距离和因多普勒效应引入的测量误差，将回波信号光按频率不同分成两路，一路被转换为扫频探测电信号，另一路被转换为单频探测电信号；对扫频探测电信号进行处理，获得探头与待测物之间的测量距离；利用基于正交解调的相位载波生成算法对单频探测电信号进行处理，提取出各个振动引起的多普勒效应测量误差矢量和，然后利用经验模态分解算法从测量误差矢量和中，分离出位移测量方向上振动引起的测量误差；根据测量距离和测量误差，确定探头与待测物之间的实际距离，从而确定待测物位移。CN114720998ACN114720998A权利要求书1/2页1.一种基于模态分解的非接触式动态位移测量系统，其特征在于，包括单频激光器、扫频激光器、第一波分复用器、探头、第二波分复用器、第一光电探测器和第二光电探测器，所述单频激光器用于产生单频激光，所述扫频激光器用于产生扫频激光，所述第一波分复用器将该单频激光和扫频激光合束传输给该探头，该探头将合束光发射给待测物，所述待测物在接收到该合束光后将回波光信号反射传回该探头，所述回波光信号携带有该探头与待测物之间的测量距离信息以及因多普勒效应引入的测量误差信息，该探头将该回波光信号传输给该第二波分复用器；所述第二波分复用器将所述回波信号光按频率不同分成两路，一路为单频探测光信号，另一路为扫频探测光信号，所述第一光电探测器将该扫频探测光信号转换为扫频探测电信号，所述第二光电探测器将该单频探测光信号转换为单频探测电信号；对该扫频探测电信号进行处理，获得该探头与待测物之间的测量距离；利用基于正交解调的相位载波生成算法对该单频探测电信号进行处理，提取出各个振动引起的多普勒效应测量误差矢量和，然后利用经验模态分解算法从所述测量误差矢量和中，分离出位移测量方向上振动引起的测量误差；根据该测量距离和该测量误差，确定该探头与待测物之间的实际距离，从而确定该待测物的位移。2.根据权利要求1所述的基于模态分解的非接触式动态位移测量系统，其特征在于，所述对该扫频探测电信号进行处理，获得该探头与待测物之间的测量距离包括：对该扫频探测电信号进行快速傅里叶变换FFT，解调获得该探头与待测物之间的测量距离。3.根据权利要求1所述的基于模态分解的非接触式动态位移测量系统，其特征在于，所述经验模态分解算法为经验分解模式‑希尔伯特黄变换EMD‑HHT算法。4.根据权利要求3所述的基于模态分解的非接触式动态位移测量系统，其特征在于，根据该测量距离和该测量误差，按照以下公式确定该探头与待测物之间的实际距离：其中，L表示实际距离，R表示测量距离，ΔL1(t)表示位移测量方向上振动引起的测量误差，f0表示扫频激光器的初始频率，B表示扫频激光器的调制带宽。5.根据权利要求1所述的基于模态分解的非接触式动态位移测量系统，其特征在于，还包括环形器，所述单频激光器的输出端连接该第一波分复用器的第一输入端，所述扫频激光器的输出端连接该第一波分复用器的第二输入端，所述第一波分复用器的输出端连接环形器的第一端，所述环形器的第二端连接该探头，第三端连接该第二波分复用器的输入端；该第二波分复用器的第一输出端连接该第一光电探测器，第二输出端连接该第二光电探测器。6.根据权利要求5所述的基于模态分解的非接触式动态位移测量系统，其特征在于，还包括第一耦合器、第一移频调制器和第二耦合器，所述单频激光器的输出端连接该第一耦合器的输入端，所述第一耦合器的第一输出端连接该第一波分复用器的第一输入端，第二输出端通过该第一移频调制器连接该第二耦合器的第二输入端，所述第二波分复用器的第二输出端连接该第二耦合器的第一输入端；所述第二耦合器的输出端连接该第二光电探测器；2CN114720998A权利要求书2/2页所述第一耦合器将该单频激光器产生的单频激光分成两路，一路传输给该第一波分复用器，另一路作为单频参考激光，经该第一移频调制器调制后