为了提高激光多普勒测量固体运动参数的精度,提出了一种新型的非平稳信号分析方法,在算法中应用梯度下降方法推导出算法的系统方程,并且通过庞加莱映射给出系统稳定的存在条件.将该方法应用到激光多普勒测量50 m处固体面内位移的信号检测中,对多普勒信号进行处理,估计多普勒频移.测试结果表明,该方法能够准确检测激光多普勒信号,测出数据的相对误差小于0.7%.

利用激光多普勒效应实现固体面内位移测量时,由于散射光的多普勒信号十分微弱,有时还出现淹没或不连续,影响位移测量精度.本文研究提高信号强度的途径,推导出在差动多普勒位移测量系统中,散射光多普勒信号强度与系统结构参数的关系,为测量系统结构设计提供理论依据.

为了利用激光多普勒效应实现远距离处固体面内位移测量,研究了激光多普勒差动方法和锁相放大、同态滤波等技术,设计出能获得大的多普勒信号强度的差动光路,高灵敏度、大Q值的锁相放大器和能重构丢失信号的同态滤波器等.实验结果证明将由它们所组成的系统用于50m处固体的面内位移测量,效果令人满意,其相对误差约1%.

为解决超低频、微小振动的高精度测量与装调间的矛盾,提出了一种新型的激光多普勒信号检波系统.该系统通过一运动光栅的衍射,得到约40.5%的测量光强,用另一光栅的衍射消除两束差动光间的夹角以及光波长对测量精度的影响;频移﹑混频分开进行,保证系统装调更方便准确;用1/4波片﹑渥拉斯顿棱镜等得到相位差90°的正余弦信号,实现位移方向识别.实验得出,该系统振动频率和振幅测量精度均为1%,可测频率范围可达到0.5-500Hz,可测振幅范围1μm-5mm.

基于激光多普勒效应的动态测量技术具有精度高、信噪比高、动态响应快、线性好、量程范围大和非接触等优点。为获得爆炸容器径向变形参数，设计非接触激光多普勒纵向位移测量系统。采用外差式光路结构，实现被测目标运动方向的辨别，提高抗干扰能力；利用高斯光束理论和束腰特性优化光路结构，使高斯光束束腰聚焦在爆炸容器被测表面上，实现最小聚焦光斑，提高光信号的强度和信噪比；根据爆炸容器径向变形的特点，研究相应的数字滤波和频谱分析方法，实现高速变化位移的动态测量。系统的位移测量范围为-30mm-＋30mm，速度变化范围为-10m/s～＋20m/s，测量距离为4．5m。爆炸容器在内部爆炸载荷作用下的径向变形测试结果表明测试系统性能是可靠的。

为了准确地检测激光多普勒信号，提出了一种新的信号检测方法。在算法中应用梯度下降方法推导出算法的系统方程，并且应用庞加莱映射稳定原理给出系统稳定的存在条件。应用该算法能够检测激光多普勒信号，估计多普勒频移。测试结果表明，测出数据的相对误差小于0．7％。