智能检测课堂展示1

1、激光零差技术校准高频水听器基于工业机理的智能检测展示基于工业机理的智能检测展示常帅帅 信研1401蔡郁 信研1401黄兵明 信研1404简介：简介：高频水听器是用于测量高频水声声高频水听器是用于测量高频水声声压的换能器压的换能器, ,广泛应用于超声声场特广泛应用于超声声场特性测量、医用超声设备的安全评价性测量、医用超声设备的安全评价中。中。迈克逊激光干涉仪简介迈克尔逊干涉仪（英文：Michelson interferometer）是光学干涉仪中最常见的一种，如图，原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。红光干涉条纹国际上流行的检测方法：国际上流行的检测方

2、法：基本检测方法（NPL英国国家物理实验室）： 迈克尔逊干涉仪用来校准水听器，主要是利用水中薄膜感应水中探头声场的压强，继而产生微弱的震动，继而使用干涉中的测量光打在振动薄膜上，经振动薄膜反射后，参考光和测量光发生干涉，得到干涉信号，通过信号幅值解调得到薄膜的振动位移，继而分析实际的声场压强，对水听器采集到的数据，对水听器进行校准。系统设计难点系统设计难点系统设计难点系统设计难点消隐现象造成的信号失真，无法确定其最大幅值，也就无法检测实际的声压。系统设计难点系统设计难点 利用迈克尔的逊干涉仪对高频水听器进行校准，不仅需要待测光信号进行电信号转换处理，同时还需要通过反馈补偿控制实现整个系统的工作

3、稳定性。两束相位差180度的干涉光，经过光电转换后转换为带有低频噪声的高频信号。此处的低频信号与高频信号不可通过简单的滤波处理而分离，原因是原先的有用信号，即高频信号，载波在低频噪声信号上，即使高通滤波，得到的信号仍然会受到来自于低频噪声的干扰，导致采集到的信号幅值处于时变状态，无法稳定的定量的得到相应的信号的幅值大小，也就无法对水听器进行进一步的校准处理。基于基于机理模型的智能检测原理机理模型的智能检测原理一、选定一、选定主导变量和辅助变量主导变量和辅助变量二、建立二、建立系统机理模型系统机理模型三、检测三、检测辅助变量辅助变量四、智能四、智能检测模型估计主导变量检测模型估计主导变量一、选定

4、一、选定主导变量和辅助变量主导变量和辅助变量主导变量：超声探头的声场声压辅助变量：受到超声探头声压作用而发生震动的薄 膜的震动位移二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型补偿方法：补偿方法：相位跟踪检测是一种主动相位补偿的方法, 分为直流相位 跟踪 ( PTDC ) 和交流相位跟踪( PTAC) 2种。都是利用干涉仪的输出信号产生1个反馈控制信号, 将其作用在干涉仪中的相位调制器上进行相位补偿。补偿方法：补偿方法：电路补偿板二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型最终的整体实物模型。二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型最终的整体实物模型。二、建立系统

5、机理模型二、建立系统机理模型白箱白箱建模：建模：1、式中IS 代表信号光强度，IR 代表参考光强度，a为待测超声位移，为激光波长，?为信号光和参考光固有相位差。二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型白箱白箱建模：建模：2、忽略常数项或隔直操作后，得到：式中 Vo为当扰动位移超过/2 时的激光二极管的输出。实际测量过程中由于 ?不仅包含光路静态相位差，还包括水中低频扰动带来的扰动。一般情况下，远远大于待测超声振动。二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型白箱白箱建模：建模：3、当反馈系统将? 稳定在（2n+/2）时，系统灵敏度最大，干涉仪工作在最灵敏的位置，由此我们可得： 二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型白箱白箱建模：建模：4、当参考镜位移超过/2时，测量得到Vo 。测得待测超声位移振动经同样的光电转换引起的光电二极管输出 Vi，在引起的相位变化小于 /2时，经反三角函数即可求得超声位移振幅a。二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型白箱白箱建模：建模：5、由平面波入射时的声压和振速关系，即可求得00pcvcwa二、建立系统机理模型二、建立系统机理模型白箱白箱建模：建模：6、由已知的声压点P和水听器在同一条件下测得的声压P对比，即可实现对水听器的校准,即对K的求解。P=KP三、检测辅助变量三、检测辅助变量四