[發明專利]一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計及分布測量方法

在審

• 申請號: 202011101319.5
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112269033A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 吳重慶;王健
• 申請（專利權）人: 南京恒高光電研究院有限公司
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01P5/00;G01S17/58;G01S7/481
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吳偉文;黃大宇

1.一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，包括儀表箱(4)、旋轉機構(1)及設置于旋轉機構(1)的光學天線管件(2)，其特征在于：

所述旋轉機構(1)帶動光學天線管件(2)進行旋轉，且所述光學天線管件(2)內置用于接收風速多普勒效應的光學天線(3)；

所述儀表箱(4)內設置有環行器(5)，所述環行器(5)第一端口通過第一光纖放大器(6)與窄線寬光源(7)連接，且所述窄線寬光源(7)產生帶有基座的脈沖光；

所述環行器(5)第二端口與旋轉機構(1)內光纖滑環(8)的靜止端連接，且所述光纖滑環(8)的滑動端與光學天線(3)連接；

所述環行器(5)第三端口通過第二光纖放大器(9)與光電轉換器(10)連接，所述光電轉換器(10)與數據采集處理模塊(11)連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，其特征在于：所述光學天線(3)包括帶有尾纖的自聚焦透鏡及擴束透鏡，且所述自聚焦透鏡具有部分反射并部分透射光的特性。

3.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，其特征在于：所述窄線寬光源(7)為DFB分布反饋激光器，且通過改變對所述窄線寬光源(7)的直流工作點和調制電流的大小，獲得帶有基座的脈沖光。

4.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，其特征在于：所述窄線寬光源(7)包括一個窄線寬激光器，所述窄線寬激光器后設置有光調制器，且通過改變所述光調制器的偏置電壓及調制脈沖信號幅度，獲得帶有基座的脈沖光。

5.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，其特征在于：所述第一光纖放大器(6)為高功率輸出的線性光放大器，且第一光纖放大器(6)在放大所述帶有基座的光脈沖過程中使基座的幅度與脈沖的幅度以相同的倍數放大，以保證消光比不變。

6.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，其特征在于：所述第二光纖放大器(9)為低噪聲線性前置放大器，且所述第二光纖放大器(9)對反射脈沖光與本地基座脈沖光的放大倍數相同。

7.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，其特征在于：所述數據采集處理模塊(11)包括示波器及筆記本電腦或數采卡及微機。

8.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風速計，其特征在于：所述旋轉機構(1)包括上接頭(12)和下接頭(13)，且所述光纖滑環(8)設置在上接頭(12)和下接頭(13)內；

所述上接頭(12)和下接頭(13)之間通過旋轉連接部(14)進行轉動連接，且所述旋轉連接部(14)為子母卡扣結構，以卡扣的方式進行旋轉連接；

所述上接頭(12)和下接頭(13)之間并位于旋轉連接部(14)的一側設有對拼的環形槽(15)，且所述環形槽(15)內設有多個用于輔助轉動的鋼珠(16)。

9.根據權利要求1所述的一種基于斐索干涉原理的激光多普勒風速計的分布測量方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1、通過所述光學天線(3)向大氣發射周期性的帶有基座的脈沖光；

步驟2、所述帶有基座的脈沖光被不同層高或不同距離的風反射并形成多普勒頻移；

步驟3、具有多普勒頻移的被測物反射光與光學天線(3)反射光的基座部分進行干涉并形成時域干涉條紋；

步驟4、干涉條紋經過光電轉換器(10)轉換為電信號并被數據采集處理模(11)塊采集；

步驟5、數據采集處理模(11)塊對采集數據進行處理并獲得反映多普勒頻移的周期性信號，并且通過對周期性信號計數，獲得多普勒頻移的大??；

步驟6、以被測物反射光到達的時間為橫坐標，以多普勒頻移的大小為縱坐標，并繪出距離-風速的分布曲線，實現風速的分布式測量。