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Analysis and implementation of algorithms for embedded self-mixing displacement sensors design

Luna Arriaga, Antonio (2014) Analysis and implementation of algorithms for embedded self-mixing displacement sensors design. (Analyse et implémentation d'algorithmes pour la conception de capteurs de déplacement embarqués, utilisant la rétro-injection optique.)

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Résumé

L'interaction entre un faisceau laser émis avec une partie de la lumière réfléchi depuis une cible qui rentre dans la cavité active du laser, est à l'origine du phénomène de rétro-injection optique ou self-mixing. L'utilisation de ces franges interférométriques non conventionnelles, semble attractive du au faible nombre des composant optiques et son caractère auto-aligné. Dans cette thèse nous approchons leur développement en tant qu'implémentation embarqué rentable pour la mesure du déplacement. A cette fin, nous avons exploré des méthodes du traitement du signal pour la détection des franges et la reconstruction du mouvement de la cible, en évitant l'usage de composant externes. Premièrement, nous avons identifié quelques incompatibilités dans des algorithmes précédentes établis dans notre centre de recherche, puis nous avons avancé des solutions. Fondé sur la théorie d'interpolation, an algorithme simplifié mais démontré convenable en temps-réel à été proposé pour la reconstruction du déplacement. En s'appuyant sur l'élaboration d'un signal analytique, il à été proposé une version amélioré pour le calcul de phase. Celle-ci nous à permit de fournir un algorithme pour la détection de franges, robuste aux variations d'amplitude, sans tenir compte du régime de rétro-injection, impliquant une convenable utilisation pour une variété d'applications. ABSTRACT: The interaction between an emitted laser beam and a small portion of backscattered light from a pointed target that re-enters the laser's cavity, is at the origin of optical feedback phenomenon or self-mixing. Exploiting these unconventional interferometric fringes for non-contact sensors is attractive due to its minimal optical part-count and self-aligned nature. In this thesis we approach its development as a cost-eective embedded implementation for displacement measurement. To this end we explored signal processing methods for fringe detection and target's movement reconstruction, avoiding the usage of external components. We first identified some incompatibilities in prior algorithms from our research center, and then proposed further solutions. Based on interpolation theory, a simplified but proved real-time algorithm resulted for displacement reconstruction. Relying on analytical signal elaboration, an improved approach for phase calculation allowed us to provide a fringe detection algorithm robust to amplitude variations, disregarding the feedback regime and thus, allowing a seemly usage over an increased variety of applications.

Département ou laboratoire:Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - LAAS (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Bosch, Thierry et Bony, Françis
Mots-clés:Interférométrie à rétro-injection optique - Mesure de déplacement - Capteur diode laser - Système embarqué - Traitement numérique du signal. KEYWORDS : Self-mixing - Optical feedback interferometry - Displacement measurement - Laser diode sensor - Embedded system - Digital signal processing
Sujets:Electronique > Micro-ondes et transmissions optiques
Electronique > Conception de circuits / Microélectronique et microsystèmes
Déposé le:21 Juillet 2014

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