[發明專利]光強自適應型激光多普勒測速儀

有效

• 申請號: 201610273792.9
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105807287B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 陳浩玉;文雪峰;湯鐵鋼;莫俊杰;金山;張茹;蒲國紅
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58;G01S7/491
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所51213
• 代理人: 劉興亮

技術領域

本發明屬于光電瞬態測試技術領域，特別涉及一種光強自適應型激光多普勒測速儀。

背景技術

激光多普勒測速技術是一種近年來逐步興起并且發展迅猛的瞬態速度歷程檢測技術，由于其具有非接觸式、連續測量的特點，現已廣泛應用于各種爆轟加載實驗中，獲取被測物體靶面的瞬態速度演化歷程，以對爆轟物理過程進行精確分析。

爆轟物理實驗中使用的激光多普勒測速技術是一種使用通訊波段波長激光為光源，微型光纖探頭為末端傳感器的全光纖式瞬態測速儀器。圖1為現有技術中的激光多普勒測速儀的原理結構圖，如圖1所示，光纖探頭收集出射至靶面并被靶面反射回來的信號光，并通過長距離光纜返回，與儀器內部參考光耦合并形成干涉光，當被測靶面發生運動時，由于多普勒效應，反射回來的信號光頻率產生與靶面運動速度成正比的偏移，導致干涉光頻率發生正比于靶面運動速度的變化，通過光電轉換器探測和示波器記錄干涉光的頻率變化歷程，再通過計算可獲得靶面運動的速度歷程。

現有激光多普勒測速技術在爆轟加載測試中，由于被測物體靶面運動狀態復雜多變，回光光強可能呈不規律變化，導致示波器采集干涉信號波形時，普遍存在信號幅值和信號基線突變而導致測試波形超屏并丟失信號的風險和現象。

發明內容

【要解決的技術問題】

本發明的目的是提供一種光強自適應型激光多普勒測速儀，以解決現有激光多普勒測速儀在爆轟加載測試時出現的信號波形超屏并丟失信號的問題。

【技術方案】

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明涉及一種光強自適應型激光多普勒測速儀，其包括激光器、第一光纖分束器、環形器、光纖探頭、光纖耦合器，所述激光器與第一光纖分束器的輸入端連接，所述第一光纖分束器的一個輸出端與環形器的第一端口連接，所述環形器的第二端口與光纖探頭連接，其還包括光強自動增益調節反饋模塊，所述光強自動增益調節反饋模塊包括光強調制器、控制器、差分比較器、第一光電轉換器、第二光電轉換器、第二光纖分束器、第三光纖分束器、第三光電轉換器，所述第二光纖分束器的輸入端與第一光纖分束器的另一個輸出端連接，所述第二光纖分束器的一個輸出端與第一光電轉換器的輸入端連接，所述第二光纖分束器的另一個輸出端與光纖耦合器的一個輸入端連接，所述差分比較器的一個輸入端與第一光電轉換器的輸出端連接，所述差分比較器的另一個輸入端與第二光電轉換器的輸出端連接，所述差分比較器的輸出端與控制器的輸入端連接，所述光強調制器的光輸入端與環形器的第三端口連接，所述光強調制器的電輸入端與控制器的輸出端連接，所述光強調制器的輸出端與第三光纖分束器的輸入端連接，所述第三光纖分束器的一個輸出端與光纖耦合器的另一個輸入端連接，所述第三光纖分束器的另一個輸出端與第二光電轉換器的輸入端連接，所述光纖耦合器的輸出端與第三光電轉換器的輸入端連接。

作為一種優選的實施方式，所述控制器被配置成：根據差分比較器輸出值調節光強調制器的輸出，使光纖探頭接收到的反射光光強與激光器發射的參考光光強相等。

作為另一種優選的實施方式，還包括與第三光電轉換器連接的頻率信息提取模塊，所述頻率信息提取模塊用于根據第三光電轉換器得到的電壓信號，通過傅立葉變換得到對應的頻率信息。

作為另一種優選的實施方式，所述控制器為FPGA、DSP或ARM。

下面對本發明進行詳細說明。

本發明通過在現有技術中的激光多普勒測速儀中加入光強自動增益調節反饋模塊，使反射回來的信號光幅值保持穩定且與參考光光強相等，同時與參考光耦合，形成干涉光。

首先，由激光干涉測速原理公式：

上式中，I₀(t)為參考光光強，I_d(t)靶面反射信號光光強，f₀(t)為參考光頻率，f_d(t)為帶有多普勒頻移的反射信號光頻率；可見，等式右邊前兩項為直流分量，第三項為交流分量。當I₀(t)＝I_d(t)時，交流分量幅值在等式右邊的占比最高，此時信噪比最佳；當I₀(t)、I_d(t)都為穩定值時，直流分量強度穩定且交流信號幅值穩定，即波形信號的基線位置和干涉信號幅值都保持穩定。通過以上發明方法和相關原理，可獲得基線穩定、信號幅值穩定，且信噪比最佳的干涉信號，可有效解決波形信號超屏導致有效測試數據丟失的問題。