[發(fā)明專利]包括多個激光源的風(fēng)速測定裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380028813.5
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN104769441A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 奧特馬內(nèi)·扎馬馬;拉斐爾·泰塞雷;朱利恩·珀喬克斯
• 申請（專利權(quán)）人: 愛普西萊恩公司;圖盧茲國立綜合理工學(xué)院
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01S17/58
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31216
• 代理人: 童錫君

本發(fā)明涉及一種包括多個激光源的風(fēng)速測定裝置。

眾所周知，風(fēng)速測量一方面可利用一個激光源，通過在發(fā)自所述源的一束光線與風(fēng)載粒子所反射的另一束光線之間建立干擾來測定，另一方面也可利用多個源來測定沿多個分量的風(fēng)速。

因此，以文獻(xiàn)WO-2009/046717為例，該文獻(xiàn)使一種利用LIDAR(Light?Intensity?Detection?And?Ranging，光強(qiáng)度探測與測量)系統(tǒng)的風(fēng)速計為公眾所知。該裝置能夠?qū)⒐鈱W(xué)系統(tǒng)聚焦的激光束發(fā)射至測量容體，在該測量容體中，空氣中的粒子以與風(fēng)速相一致的速度移動。這些粒子可部分反射所發(fā)射的光束，然后以光學(xué)系統(tǒng)的方向發(fā)送一束稱之為反射光束的光。之后，通過使發(fā)射光束與反射光束相干擾，就有可能運(yùn)用多普勒原理來計算出粒子的速度，進(jìn)而計算出風(fēng)的速度。

文獻(xiàn)WO-2011/042678披露了一種風(fēng)速測量裝置，該裝置通過自混合進(jìn)行測量，即本文獻(xiàn)只使用一個單一的入射光束。將反射光束注入到發(fā)射入射光束的激光器的光學(xué)諧振腔中。采用這種方式，干擾混合可在激光器諧振腔的內(nèi)部進(jìn)行。之后，該干擾可由安置在激光源背面的光電二極管探測到。

文獻(xiàn)WO-00/29854披露了一種具有三個軸線使用外差激光的系統(tǒng)，它包括設(shè)有提供相干光線束的三個不同的激光二極管的支架。這些光束被發(fā)送至擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡將反射光束發(fā)回到聚焦鏡上，該聚焦鏡沿三個發(fā)散軸線聚焦這些光束，這三個發(fā)散軸線在它們之間三個獨(dú)立空間位置上構(gòu)成已知角度。該文獻(xiàn)披露的裝置所選用的系統(tǒng)難以使用(帶有產(chǎn)生反射光束的鏡子)。此外，我們注意到在系統(tǒng)中配置的三個軸線是非共面的。

本發(fā)明的目的在于提供既便宜又精準(zhǔn)的風(fēng)速測定裝置。根據(jù)本發(fā)明，該裝置的目的在于能夠在風(fēng)向處于預(yù)定范圍方向內(nèi)時測定風(fēng)的速度。有利的是，本發(fā)明也有可能不受風(fēng)向的限制來測定風(fēng)速。本發(fā)明的另一個目的是提供一種有可能測量低風(fēng)速的裝置。

為此，本發(fā)明提出了一種風(fēng)速測定裝置，它包括以不同方向發(fā)射光束的多個激光源，激光源各自關(guān)聯(lián)于：

-用于聚焦發(fā)射光束的部件，

-用于接收相應(yīng)射出光束被空氣中的粒子反射之后所獲得的反射光束的部件，

-用于傳送發(fā)射光束與反射光束之間產(chǎn)生的干擾信號的部件，

-用于處理所獲得的干擾信號的部件。

根據(jù)本發(fā)明，該風(fēng)速測定裝置包含至少兩個激光源；激光源的發(fā)射方向是共面的；發(fā)射方向是這樣的，各個發(fā)射方向都與一個相垂直的發(fā)射方向?qū)?yīng)，而且各個激光器都包括光學(xué)諧振腔，反射光束被回注至該光學(xué)諧振腔內(nèi)，以便獲得對發(fā)射光束的干擾。

這里所提出的解決方案是設(shè)置兩個彼此相互垂直的探測器(包括激光源和用于接收反射光束的組件)，各個探測器都是具有光學(xué)回注的激光探測器，也稱之為自混合探測器。這種解決方案很容易實(shí)施并且使之有可能測定在包含激光源發(fā)射方向的平面中的風(fēng)速，也就是說，能夠測定風(fēng)速矢量的模數(shù)，更確切說是，能夠測定所考慮到的風(fēng)速矢量平面內(nèi)的分量的模數(shù)。

為了提高速度測量的質(zhì)量，尤其是當(dāng)風(fēng)相對于探測器呈一定方向時，本發(fā)明提出了裝置有利地包含四個激光源，以構(gòu)成兩對源，各對源界定了平面內(nèi)的一個正交參照，而且提出定義的兩個正交參照具有相同的原點(diǎn)。在該實(shí)施例變體中，兩個正交參照最好彼此相對偏移的角度在10°以上，更好是30°到60°之間的角度，例如45°。

優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的一個裝置中，使用的激光源是相同的。

本發(fā)明還提出了一種測定風(fēng)速的方法，其特點(diǎn)在于，它包括以下步驟：

-激光二極管在兩個垂直方向上發(fā)射激光束，

-在各個激光二極管內(nèi)回收由懸浮于空氣中的粒子所反射的光束，

-反射光束與各個激光二極管所發(fā)射的光束形成干擾，

-收集調(diào)制信號，

-放大該調(diào)制信號，

-對放大的信號取樣，

-對取樣值進(jìn)行快速傅里葉變換，

-獲取信號的閾值轉(zhuǎn)換，

-測定各個信號的多普勒頻率，以及，

-通過整理所獲取的結(jié)果來計算風(fēng)速。

采用這種方法，就有可能實(shí)現(xiàn)這些步驟，對構(gòu)成兩對源的四個激光源同時執(zhí)行，各對源在平面上界定一個正交參照且界定的兩個正交參照具有相同的原點(diǎn)。

本發(fā)明的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)通過參考所附示意圖的以下描述而清晰可見，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的透視圖，

圖2是圖1所示裝置的俯視圖，

圖3是圖1和圖2所示裝置的側(cè)視圖，

圖4是闡示通過光學(xué)回注的激光風(fēng)速計的操作的流程圖，