激光自混合干涉的研究及其在管道泄漏检测中的应用

作     者：项卓 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王秀芳;孙占强

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：自混合干涉 多次自混合干涉 相位调制 振动位移测量 

摘      要：激光自混合干涉技术具有高精度、干涉信号含有方向信息、结构紧凑、易准直、非接触等优点,因此,本文开展了基于激光自混合干涉技术的振动位移测量研究,将多次自混合干涉和正弦相位调制相结合,提出了能够提高测量精度、满足实时测量的振动位移测量方法。在研究多次自混合干涉和正弦相位调制测量外部目标物体的振动位移方法基础上,搭建了基于多次自混合干涉的振动位移测量系统,并将该振动位移测量系统应用于管道泄漏检测中。首先,介绍了激光自混合干涉理论,并基于激光自混合干涉效应的三镜法-珀腔理论模型分析了激光自混合干涉,推导出了激光自混合干涉的相位方程、功率方程以及相位与位移的关系方程。详细分析了多次自混合干涉的形成过程,在自混合干涉的理论基础上,分析了多次自混合干涉的理论模型,并推导出了多次自混合干涉的相位方程、功率方程和相位与位移的关系。对不同振动幅度时,自混合干涉信号的条纹数和二次自混合干涉的条纹数的变化进行了实验。其次,利用置于激光外腔的电光调制器对激光束进行相位调制,将多次自混合干涉技术和正弦相位调制技术相结合,并采样正交解调方法对相位进行解调,以重构外部目标物体的振动位移。数值模拟和实验结果表明,该方法能有效地提高振动位移测量精度,其测量误差是自混合干涉的一半。最后,基于激光自混合干涉系统光路易准直、非接触等优点,同时对低频振动非常敏感的特点,将本文提出的多次自混合振动位移测量系统应用于管道泄漏检测,用于实时测量管道的噪声信号,结合同一点、同一时刻采集的声波信号,提出了采用谱减法将两种信号进行处理。通过实验结果表明,在小泄漏情况下,该方法能够实现削减噪声信号、增强泄漏信号的目的。