基于LabVIEW的激光多譜勒信號(hào)處理系統(tǒng)

引言
激光多譜勒位移測(cè)量技術(shù)具有精度高、信噪比高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、線性好、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量范圍大和非接觸性等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)距離目標(biāo)的振動(dòng)位移和變形等動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)上具有明顯優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空、建筑和軍事等領(lǐng)域。測(cè)量信號(hào)需要采集和處理，求取必要參數(shù)，以達(dá)到測(cè)試目的和要求。同時(shí)，虛擬儀器是一種功能強(qiáng)大的儀器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與處理是LabVIEW的核心技術(shù)。為此，開發(fā)了基于Lab-VIEW平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合測(cè)量硬件部分，以圖形化、人機(jī)化的方式采集和處理信號(hào)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)由光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和電路系統(tǒng)3部分組成。光學(xué)元件所發(fā)出一定頻率的光經(jīng)分光鏡分為參考光和測(cè)量光。參考光被測(cè)量物體反射后與測(cè)量光產(chǎn)生一定的頻率差，再由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)濾波、放大，通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計(jì)算機(jī)。其硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)用激光多譜勒效應(yīng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體，產(chǎn)生一定頻移的信號(hào)，由于信號(hào)相對(duì)弱、信噪比低、頻帶寬，對(duì)硬件系統(tǒng)提出較高要求。為了處理這類信號(hào)，需采用光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)，要求該光電轉(zhuǎn)換器靈敏度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能要求，則光電倍增管、光電二極管、雪崩光電二極管3種元件符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)按照量子效率、電流放大倍數(shù)、頻率響應(yīng)、檢測(cè)器噪聲和性價(jià)比等綜合比較，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)，這里選用雪崩光電二極管。由于信號(hào)中含有頻率成分較多噪聲的低頻成分以及頻率成分單一噪聲的高頻成分，因此采用帶通濾波器濾除噪聲，提高信噪比。系統(tǒng)運(yùn)用有源高通濾波器和無源低通濾波器合成為帶通濾波器，其中有源濾波器成本低，質(zhì)量可靠及寄生影響小，設(shè)計(jì)和調(diào)整過程簡便，阻帶衰減速度比無源濾波器快，因而有源高通濾波器更適合該系統(tǒng)低頻濾波。信號(hào)高頻部分的噪音是由聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)引起的，由于對(duì)阻帶衰減速度要求不高，因而其高頻濾波采用無源低通濾波器。輸出信號(hào)需要放大，考慮到參數(shù)選用ADI公司的ADL5531全校準(zhǔn)對(duì)數(shù)一限幅IF放大器，全部增益80 dB，帶寬480 MHz，從而滿足信號(hào)采集卡的技術(shù)指標(biāo)要求。圖2為帶通濾波器的電路設(shè)計(jì)。