[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風(fēng)速計(jì)及分布測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011101319.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112269033A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳重慶;王健
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京恒高光電研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01P5/26
• 分類(lèi)號(hào): G01P5/26;G01P5/00;G01S17/58;G01S7/481
• 代理公司: 廣州市紅荔專(zhuān)利代理有限公司 44214
• 代理人: 吳偉文;黃大宇

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風(fēng)速計(jì)及分布測(cè)量方法，其中：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光學(xué)天線管件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且光學(xué)天線管件內(nèi)置用于接收風(fēng)速多普勒效應(yīng)的光學(xué)天線，儀表箱內(nèi)設(shè)置有環(huán)行器，環(huán)行器第一端口通過(guò)第一光纖放大器與窄線寬光源連接，且窄線寬光源產(chǎn)生帶有基座的脈沖光，環(huán)行器第二端口與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)光纖滑環(huán)的靜止端連接，且光纖滑環(huán)的滑動(dòng)端與光學(xué)天線連接，本發(fā)明通過(guò)采用帶基座的光脈沖作為發(fā)射光，并與反射脈沖光干涉，形成隨距離變化的時(shí)域干涉條紋，本發(fā)明干涉穩(wěn)定，可以提高測(cè)量穩(wěn)定性，不僅可以測(cè)出風(fēng)速的大小，而且也可以測(cè)定風(fēng)速的位置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速分布式的測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)速計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風(fēng)速計(jì)及分布測(cè)量方法。

背景技術(shù)

風(fēng)速探測(cè)一直是氣象探測(cè)關(guān)注的問(wèn)題，目前，已經(jīng)有各種不同原理的風(fēng)速計(jì)，基于風(fēng)壓測(cè)量的風(fēng)速計(jì)能夠測(cè)量它所安裝位置處的風(fēng)速。

然而，大氣的運(yùn)動(dòng)不是均勻的，也就是各個(gè)局部風(fēng)速是不一樣的，因此需要一種能夠測(cè)量大氣不同層高或者不同距離上的風(fēng)速，也就是需要實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的分布式測(cè)量。

能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)速的分布式測(cè)量風(fēng)速計(jì)，應(yīng)該是非接觸的，所以利用風(fēng)壓檢測(cè)的機(jī)械式風(fēng)速計(jì)，或者需要直接接觸到風(fēng)進(jìn)行散熱的熱風(fēng)速計(jì)，都只能檢測(cè)探頭處的風(fēng)速，而不能檢測(cè)探頭達(dá)不到位置的風(fēng)速。

基于相干多普勒激光干涉原理的風(fēng)速計(jì)，雖然可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，且測(cè)量距離稍遠(yuǎn)一些，但是仍然不能實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量，因?yàn)椋髿庾鳛橐环N基本透明而反向散射光很微弱的介質(zhì)，反射回來(lái)的散射光包含了從不同距離或者不同層高上散射回來(lái)的光，也就是說(shuō)，在這種激光風(fēng)速計(jì)中的光學(xué)天線接收到的光是大氣不同位置上返回光的疊加，它本身就已經(jīng)是一種干涉信號(hào)，再進(jìn)一步與本振光干涉，實(shí)際上屬于多信號(hào)干涉，是一個(gè)混合的雜亂信號(hào)。由于這種結(jié)構(gòu)的干涉儀不能區(qū)分來(lái)自于不同距離或者不同層高的風(fēng)速，導(dǎo)致測(cè)量具有較大誤差。

作為現(xiàn)有距離測(cè)量的基本方法，激光雷達(dá)可以很好的測(cè)量出光反射點(diǎn)的位置。但是，激光雷達(dá)發(fā)出的是一個(gè)脈沖光信號(hào)，當(dāng)脈沖信號(hào)從反射點(diǎn)返回的時(shí)候，發(fā)送脈沖已經(jīng)過(guò)去，無(wú)法實(shí)現(xiàn)干涉，因此簡(jiǎn)單的激光雷達(dá)，無(wú)法測(cè)出多普勒頻移從而測(cè)量出風(fēng)速。

此外，現(xiàn)有的激光干涉原理的風(fēng)速計(jì)都是采用邁克爾遜干涉儀原理，參見(jiàn)圖1。這里，它們使用了2x2耦合器作為光干涉元件，而且需要從激光器中分出一路光作為本振光，這種干涉儀由于使用了兩路光干涉，它們經(jīng)歷了不同的光路，因此干涉信號(hào)很不穩(wěn)定，需要采用復(fù)雜的處理電路。

并且，在測(cè)風(fēng)過(guò)程中，由于風(fēng)向不固定，多普勒頻移是與風(fēng)向和入射光的夾角有關(guān)，如果測(cè)風(fēng)的光學(xué)天線只能指向固定的方向，那么會(huì)帶來(lái)夾角引起的誤差，因此，需要一種能夠從不同角度發(fā)射光脈沖的、可轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)風(fēng)天線。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風(fēng)速計(jì)及分布測(cè)量方法，以解決上述的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于斐索干涉原理的分布式激光多普勒風(fēng)速計(jì)，包括儀表箱、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光學(xué)天線管件，其中：

所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光學(xué)天線管件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且所述光學(xué)天線管件內(nèi)置用于接收風(fēng)速多普勒效應(yīng)的光學(xué)天線；

所述儀表箱內(nèi)設(shè)置有環(huán)行器，所述環(huán)行器第一端口通過(guò)第一光纖放大器與窄線寬光源連接，且所述窄線寬光源產(chǎn)生帶有基座的脈沖光；

所述環(huán)行器第二端口與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)光纖滑環(huán)的靜止端連接，且所述光纖滑環(huán)的滑動(dòng)端與光學(xué)天線連接；

所述環(huán)行器第三端口通過(guò)第二光纖放大器與光電轉(zhuǎn)換器連接，所述光電轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)采集處理模塊連接，且所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括離線處理模塊和/或在線處理模塊。

優(yōu)選的，所述光學(xué)天線包括帶有尾纖的自聚焦透鏡及擴(kuò)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。