[發(fā)明專(zhuān)利]大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍全光纖多普勒測(cè)速裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811087647.7
• 申請(qǐng)日: 2018-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109374914A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭子龍;馮嘉雙;高明;張雄星;陳海濱;王偉;王可寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01P3/36
• 分類(lèi)號(hào): G01P3/36
• 代理公司: 西安新思維專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發(fā)明涉及一種大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍全光纖多普勒測(cè)速裝置，包括單模激光器、光纖隔離器、1×2光纖分束器、光纖環(huán)行器、光纖聲光移頻器、光纖反射鏡、光纖準(zhǔn)直器、2×1光纖合束器和光電探測(cè)器。單模激光器輸出的激光經(jīng)光纖隔離器后由1×2光纖分束器等分為兩束，其中一束兩次通過(guò)光纖聲光移頻器實(shí)現(xiàn)雙倍移頻，另一束光經(jīng)光纖準(zhǔn)直器垂直照射運(yùn)動(dòng)物體并產(chǎn)生多普勒頻移，兩束光再經(jīng)過(guò)2×1光纖合束器合束并產(chǎn)生光學(xué)拍頻，由光電探測(cè)器探測(cè)該信號(hào)并由其拍頻頻率計(jì)算得到物體運(yùn)動(dòng)速度。由于參考光兩次經(jīng)過(guò)光纖聲光移頻器產(chǎn)生了雙倍移頻，該裝置對(duì)速度的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍擴(kuò)大為常規(guī)全光纖多普勒速度裝置的兩倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全光纖激光多普勒測(cè)速裝置。

背景技術(shù)

激光多普勒測(cè)速技術(shù)，利用目標(biāo)物體相對(duì)于激光光源運(yùn)動(dòng)對(duì)激光頻率所產(chǎn)生的多普勒頻移精確測(cè)量目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，具有非接觸測(cè)量、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、靈敏度高和測(cè)量量程大等優(yōu)點(diǎn)，但也具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大和調(diào)整校對(duì)困難、易受環(huán)境振動(dòng)擾動(dòng)等缺點(diǎn)。以光纖作為連接基本器件的激光傳輸介質(zhì)，構(gòu)成的全光纖多普勒測(cè)速裝置，可以克服上述缺點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、穩(wěn)定性高和易于多點(diǎn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)全光纖多普勒測(cè)速技術(shù)也存在其本身的局限。

包括全光纖多普勒測(cè)速技術(shù)在內(nèi)的激光多普勒測(cè)速技術(shù)的典型方法有零差法和外差法。零差法，將單頻連續(xù)激光分為兩束，其中一束作為參考光，一束作為信號(hào)光，信號(hào)光照射運(yùn)動(dòng)物體并被物體反射，因物體運(yùn)動(dòng)，反射光相對(duì)原輸出光存在一個(gè)多普勒頻移，該信號(hào)光與參考光疊加產(chǎn)生光學(xué)拍頻信號(hào)，利用光電探測(cè)器測(cè)量該拍頻信號(hào)頻率，即可計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量。但零差法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)速度方向的判別，因以其實(shí)際使用受到一定限制。

而采用外差法，則可以在測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度方向的判別。在通常的外差式多普勒測(cè)速裝置中，由于參考光相對(duì)于未經(jīng)多普勒頻移的初始信號(hào)光有一個(gè)固定頻率差，多普勒頻移量與物體運(yùn)動(dòng)速度成正比，在多普勒頻移量最大值不能超過(guò)參考光相對(duì)于未經(jīng)多普勒頻移的初始信號(hào)光的固定頻率差，因此速度測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍受到該固定頻率差的限制。在常規(guī)的全光纖多普勒測(cè)速技術(shù)里通常采用光纖聲光移頻器來(lái)對(duì)單頻連續(xù)激光器輸出的光進(jìn)行移頻構(gòu)成參考光，傳統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)通常是：激光器產(chǎn)生激光光束經(jīng)過(guò)光纖隔離器后被 1×2光纖分束器3分為兩束光，其中一束通過(guò)聲光移頻器4后頻率發(fā)生變化為參考光；另外一束光經(jīng)光纖環(huán)行器的第一端口、第二端口到達(dá)光纖準(zhǔn)直器后出射，照射到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體后被反射回光纖準(zhǔn)直器，由于多普勒效應(yīng)，此時(shí)該光束稱(chēng)為信號(hào)光，該信號(hào)光經(jīng)光纖環(huán)行器的第三端口出射，參考光和信號(hào)光進(jìn)入2×1光纖合束器進(jìn)行混頻后到達(dá)光電探測(cè)器8?？梢钥闯?，全光纖多普勒測(cè)速裝置的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)范圍受到聲光移頻器移頻量的限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)常規(guī)全光纖多普勒測(cè)速裝置中速度的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍受到光纖聲光移頻器移頻量大小限制的問(wèn)題，提出一種速度動(dòng)態(tài)范圍可擴(kuò)展為現(xiàn)有裝置二倍的一種大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍全光纖多普勒測(cè)速方案。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍全光纖多普勒測(cè)速裝置，包括單模激光器、光纖隔離器、1×2光纖分束器、第二光纖環(huán)行器、光纖聲光移頻器、光纖準(zhǔn)直器、2×1光纖合束器和光電探測(cè)器，還包括第一光纖環(huán)行器和光纖反射鏡，所述單模激光器輸出端通過(guò)單模光纖連接光纖隔離器輸入端，光纖隔離器輸出端連接1×2光纖分束器的輸入端，1×2光纖分束器第一、第二輸出端分別與第一光纖環(huán)行器、第二光纖環(huán)行器的第一端口連接，第一光纖環(huán)行器的第二端口接光纖聲光移頻器的輸入端，光纖聲光移頻器的輸出端接光纖反射鏡，第二光纖環(huán)行器的第二端口接光纖準(zhǔn)直器，第一光纖環(huán)行器、第二光纖環(huán)行器的第三輸出端口接2×1光纖合束器的第一、第二輸入端口，2×1光纖合束器的輸出端接光電探測(cè)器。