[發明專利]一種基于聲光效應的高精度海水流速測量方法

有效

• 申請號: 201711364421.2
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108037311B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 翟京生;趙海涵;薛彬;張好運;王志洋;張凱;陳陽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種基于聲光效應的高精度海水流速測量方法，本發明利用聲光效應為基本測量原理，在超聲飛過激光時，會因為聲光效應使得衍射光的頻率發生變化，本發明選用一級衍射光。將發生聲光效應的測量光的一級衍射光與參考光路合束拍頻從而獲得光頻發生的變化；當發射的超聲因為海水中的懸浮粒子發生散射再次與測量光發生聲光效應后，可以通過同樣的方法獲得光頻的變化，進而獲得超聲因為運動的粒子而發生的多普勒頻移，從而獲得海水流速的大小和方向。本發明以紅外激光聲光效應為基本原理對海水流速剖面進行檢測，目的在于實現高精度、高穩定性的流速測量。

技術領域

本發明涉及海水流速測量領域，尤其涉及一種基于聲光效應的高精度海水流速測量方法。

背景技術

目前來講，對于海水流速進行測量，主要包含：機械式海流計、電磁式海流計、聲學多普勒流速儀以及船載聲學多普勒海流剖面儀，根據不同的需要上述海水流速測量儀器都有較為廣泛的應用，但有很多情況下上述儀器的測量精度與范圍不能完全滿足海洋科學發展的需要。

發明內容

本發明提供了一種基于聲光效應的高精度海水流速測量方法，本發明以紅外激光聲光效應為基本原理對海水流速剖面進行檢測，目的在于實現高精度、高穩定性的流速測量，詳見下文描述：

一種基于聲光效應的高精度海水流速測量方法，所述測量方法包括以下步驟：

對紅外光源通過電光調制器調制后，依次通過摻餌光纖光功率放大器、倍頻晶體、第一1/2波片、第一偏振分束立方，并經第一反射鏡反射后，確保兩束光平行等高進入水槽中，開啟脈沖發生器，激發脈沖超聲；

調整測量光路與參考光路時，在兩束光前端盡量遠的地方放置一可調俯仰偏擺的反射鏡，調整反射鏡使得參考光路與反射鏡垂直，即在參考光路的前進端放置一小孔光闌，確保經反射鏡反射回來的光通過同一光闌；

調整超聲探頭的位置，使得超聲垂直飛過參考光路，由所得的衍射光強與原基底光強之比，求出超聲在參考光路處的聲壓，根據超聲在水中的衰減系數求出測量光路處的聲壓，再反算出測量光路處的光強比，調整超聲探頭的位置；

將兩束從水槽中射出的發生聲光效應的平行光進行合束，在第二偏振分束立方的兩側分別用第一光電探測器、第二光電探測器接收光信號并轉換為電信號后由頻率計數器、示波器獲取飛行距離信息與時間信息從而獲得海水聲速；

將未發生多普勒頻移的超聲與測量光發生聲光效應后將其一級衍射光與參考光合為一束進行拍頻，并利用光電探測器接收后將其轉換為電信號進行探測，獲取因聲光效應導致光頻發生的頻移；

而后當發射的超聲碰到海水中懸浮粒子即發生多普勒頻移的超聲、再與測量光發生聲光效應后同樣獲得光頻發生的頻移，從而通過兩次光學頻移獲得聲學多普勒頻移，從而獲得海水流速。

所述方法包括：

調節第一1/2波片、第二1/2波片、第三1/2波片，使得參考光路與測量光路均能通過第二偏振分束立方進行合束；

啟動第一信號發生器，使其輸出連續信號即第二超聲探頭發出連續的超聲波；調節第四反射鏡，使得一級衍射光與參考光在第三偏振分束立方處進行合束，通過拍頻測量由于聲光效應使得衍射光頻率發生的變化；

將第一脈沖發生器輸出改為固定頻率的脈沖信號，設置其脈沖時間間隔大于回波所需時間，探測打到水中運動的懸浮粒子即發生多普勒頻移的超聲與測量光發生聲光效應導致光頻率發生的變化；最后獲得海水流速大小。

本發明提供的技術方案的有益效果是：

1、本方法可解決機械式海流計的接觸測量問題，避免了對海水流動的影響；且解決了在流速較低時機械式海流計轉子無法啟動，有一個最低啟動速度的問題；另外本方法基于聲光效應，靈敏度非常高，可有效避免旋槳慣性大，測量靈敏度較低的問題；