[其他]雙差動聲—光頻移二維激光多普勒測速儀

無效

• 申請號: 85100063
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100063A
• 公開（公告）日: 1988-03-09
• 發明（設計）人: 沈熊;于和生;王宗森
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 張秀珍

本發明屬于一種激光測速儀

激光多普勒測速儀是60年代中期發展起來的，到目前為止，國內外采用雙差動式聲-光頻移的二維激光測速儀尚屬空白。為了判別流速方向得到正確的分量合成，必須采用激光頻移技術。國外現多采用單器件光-電子混合式二維方案，它會帶來附加的電子混頻噪音，要求頻響高于驅動頻率的光電器件，裝置成本也高，並喪失了光子的實時特性。目前國內外只用在一維激光多普勒測速儀上的單差動方式。

相近技術可參閱

1.介紹美國TSI公司激光多普勒測速儀產品。

〔Laser????Velooimetry????Systems，TSI????Incerporated????1982〕

2.歐州專利????專利號243266

聲光二維流動分析器，當流體經過激光造成的窄光帶時，利用粒子的反射光測量流動。

〔Acousto-optieal????two????dimensional????flow????analyser-employs????light????reflecting????particles????to????indicate????flow????when????fluid????path????Crossed????laser????Produced????thin????Sheet????of????light。〕

本發明研究出一種雙差動聲-光頻移裝置，並用于二維激光多普勒測速儀上。

本發明的要點是：雙差動聲-光頻移二維激光多普勒測速儀，是由激光器〔1〕、光路、信號和數據處理四部份組成。該光路采用雙差動聲-光頻移裝置，即在光路中插入三個聲-光器件〔6〕，由三組不同工作頻率的晶體振蕩器作驅動源，使三束聲-光頻移入射光之間的差動光散射混頻實現二維流向判別和速度測量。

附圖????1雙差動聲-光頻移二維激光多普勒測速儀示意圖。

附圖????2三束光的偏振方向及測量體內運動干涉條紋示意圖。

以下結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。

雙差動聲-光頻移二維激光多普勒測速儀可用單色光源，也可用氦氖激光器作光源。其構造原理是：可將氦氖激光器〔1〕，發出O.6328μ的光束，經過兩個1/4波片〔2〕將偏振方向轉變為與水平成45度方向，然后經中性分光鏡〔3〕分成兩束光。其中一束作為公共光束，另一束經偏振分光鏡〔5〕和鏡〔4〕分成兩束偏振方向互相垂直的平行光束。在三束光的光路上分別插入三個聲光器件〔6〕，以獲得二維不同頻移量。三通道頻移發生器〔7〕是由三組晶體振蕩器產生三組不同的工作頻率，供三個聲-光器件〔6〕作驅動源。將三束一級衍射光作入射光，通過入射透鏡〔8〕，將三束衍射光會聚相交（見圖二）。通過三束會聚光交點（即測量體）的微粒向四周散射光波，接收透鏡〔9〕收集散射光，並由偏振分離器〔10〕將正交偏振光分離開，分別送到兩個光檢測器〔11〕去。根據光外差原理，在二個光檢測器中得到的多普勒信號電流的頻率分別為：

f_DA＝ (V_A)/(d_fA) + f_SA，f_DB＝ (V_B)/(d_fB) + f_SB

式中f_SA＝f_SⅠ-f_SⅡ，f_SB＝f_SⅠ-f_SⅢ，V_A，V_B分別為A、B方向速度，d_fA、d_fB為干涉條紋間距，V_SA和V_SB為條紋運動速度。依靠驅動頻率f_SⅠ、f_SⅡ、f_SⅢ之間不同的配置，可以得到二維速度的不同的頻移量。其數值要比驅動頻率本身小得多。因而可用頻響低的光檢測器直接通過光外差得到最終的頻移頻率，而不必再用電子混頻方法來降低頻率。

雙差動聲-光頻移二維激光多普勒測速儀，驅動頻率可圍繞40MH_Z中心工作頻率上下變化。依靠三束聲-光頻移光束光散射的雙差動混頻，可以大大降低光電器件的頻響要求，並提高信噪比。另由于得到的信號不會喪失光子的實時特性，所以還可直接用于光子相關二維速度測量。