[發(fā)明專利]一種基于自校準(zhǔn)全光纖多普勒電纜長度測試方法及裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010030059.0
• 申請日: 2020-01-12
• 公開（公告）號: CN111123286A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈濤;楊添宇;馮月
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G01S17/46
• 分類號: G01S17/46;G01S17/58;G01S7/497
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本發(fā)明涉及一種基于自校準(zhǔn)全光纖多普勒電纜長度測試方法及裝置。本發(fā)明的測量方法是由兩個(gè)同頻率的激光器同時(shí)照射在電纜的不同位置，產(chǎn)生漫反射并由兩臺型號相同的光電探測器接收，接著對兩個(gè)信號進(jìn)行前置處理，再傳輸至信號處理模塊；信號處理模塊進(jìn)行取樣積分處理、快速傅里葉變換提取多普勒頻率，并采取頻譜細(xì)化和頻譜校正對兩個(gè)多普勒頻率的頻譜進(jìn)行優(yōu)化，得到兩個(gè)速度值；將兩個(gè)數(shù)值進(jìn)行對比，判斷其是否在誤差范圍內(nèi)，若不在，將對激光器1進(jìn)行穩(wěn)頻處理，從而優(yōu)化光源；最終經(jīng)過多次測量，得出一組數(shù)據(jù)值，取其中最優(yōu)速度解，并對其進(jìn)行積分得到被測電纜長度。該方法解決了傳統(tǒng)測量電纜長度方法精度低的問題，并提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光多普勒測速技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自校準(zhǔn)全光纖多普勒電纜長度測試方法及裝置。

背景技術(shù)

激光多普勒測速技術(shù)有著很高的測量精度以及可以對許多物體的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測量，它的速度測量范圍非常寬，而且空間分辨率也很清晰，抗外界干擾能力強(qiáng)，且不易受到各種惡劣環(huán)境的影響等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此激光多普勒測速技術(shù)可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域，例如在航天工業(yè)、流體力學(xué)、醫(yī)學(xué)、軍工、民用等諸多領(lǐng)域。激光多普勒測速技術(shù)是依據(jù)多普勒效應(yīng)和光電外差檢測而進(jìn)行的，其原理是激光器發(fā)出一束激光，經(jīng)過光路照射在被測物體上，此時(shí)會產(chǎn)生漫反射，通過聚焦透鏡或者準(zhǔn)直器等光學(xué)元件可將物體反射的光接收并傳輸至光電探測器，再由光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，傳輸至信號處理模塊進(jìn)行多普勒頻率的提取，最終得出被測物體的速度值。

且在激光多普勒測速技術(shù)中，對于如何處理測量出的多普勒信號，是這一系統(tǒng)最后的關(guān)鍵技術(shù)，可以說非常重要，多普勒信號處理的好壞直接影響測出速度值的精度是否夠高。這是因?yàn)槎嗥绽諟y速信號主要源于粒子的散射光，而散射光的強(qiáng)度相對來說比較微弱，所以在這方面對信號的處理變得尤為困難；由于在實(shí)際當(dāng)中，測量出的多普勒測速信號中還摻雜著大量的噪聲信號和其它干擾信號，如環(huán)境光電流噪聲、光源強(qiáng)度噪聲、暗電流噪聲、信號電流噪聲以及熱噪聲和多粒子疊加引起的相位噪聲等等，這就導(dǎo)致了在實(shí)際測量當(dāng)中，多普勒測速信號的信噪比會比較低，而低信噪比會對后續(xù)的信號處理和精度值造成很大的影響，因此在信號處理方面提高信噪比是重要的一環(huán)，激光多普勒測速信號還會受到信號脫落、頻譜加寬等影響。要想在信噪比較低、信號微弱的情況下準(zhǔn)確的提取有用的速度信息同時(shí)，并滿足測量精度高、測量范圍廣、響應(yīng)速度快的要求，這將是對激光多普勒測速信號的后處理提出了更嚴(yán)格的技術(shù)需求。(公開號CN107138857A的發(fā)明專利公布了一種雙激光束自動(dòng)補(bǔ)償同步校形與強(qiáng)化裝置及方法。該方法對于激光器頻率的穩(wěn)定性及整個(gè)系統(tǒng)裝置的適應(yīng)能力沒有進(jìn)行優(yōu)化，因此會由于受激光頻率不穩(wěn)定或者外界干擾而對測量值和誤差范圍的判斷造成影響，且難以實(shí)現(xiàn)集成化和封裝)。當(dāng)前，由于激光多普勒測速技術(shù)應(yīng)用的越來越廣泛，因此針對多普勒測速信號的處理水平需求越來越高。例如，瞬時(shí)采樣技術(shù)的出現(xiàn)，快速傅里葉變換的普及，短時(shí)傅里葉變換的應(yīng)用。由于出現(xiàn)了這些新的信號處理技術(shù)，使得對測速信號的處理在測量精度和響應(yīng)速度方面同時(shí)提高了。目前常用的多普勒測速信號處理方法按其工作原理可分為以下五類：頻譜分析法、濾波器庫法、頻率跟蹤法、計(jì)數(shù)法和快速傅里葉變換法。

據(jù)調(diào)查，電纜在日常生活中應(yīng)用的非常廣泛，而電纜的生產(chǎn)是其中一項(xiàng)重要的工序，現(xiàn)如今國內(nèi)大大小小的電纜生產(chǎn)企業(yè)約有萬余家，但由于國內(nèi)在激光多普勒測速技術(shù)方面不夠成熟，因此這些大部分電纜生產(chǎn)廠家依舊沿用著傳統(tǒng)的電纜測量方式，而在傳統(tǒng)電纜測量當(dāng)中，由于電纜材質(zhì)不同，也就導(dǎo)致摩擦系數(shù)不同，因此在滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會避免不了的產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，這樣就給電纜測量精度帶來了很大的誤差，從而也影響了企業(yè)的成本和利潤，因此在測量電纜精度方面很難達(dá)到要求。而與現(xiàn)有傳統(tǒng)測量電纜方法相比，本發(fā)明專利的優(yōu)勢在于，采用了穩(wěn)頻處理自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，其測速系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了，并且測量精度也有了顯著的增強(qiáng)，由于其光學(xué)器件采用全光纖進(jìn)行連接，所以其適應(yīng)能力和抗干擾能力更佳。

發(fā)明內(nèi)容