[发明专利]大景深全光纤激光多普勒测速仪

说明书

本发明提供一种大景深全光纤激光多普勒测速仪，解决现有激光多普勒测速仪测量景深小，无法对大行程运动物体的速度进行连续测量的问题。该大景深全光纤激光多普勒测速仪，包括种子光源、光隔离器、第一光纤分束器、第二光纤分束器、种子光监视探测器、激光放大器、光纤环形器、光纤在线衰减器、光学天线、光纤合束器、平衡光电探测器、数据采集卡和信号处理系统。本发明大景深全光纤激光多普勒测速仪在被测物体长达30米的运动范围内，光纤激光多普勒测速仪获得的干涉信号一直处于稳定状态，能够对大行程情况下物体的运动速度进行连续测量。

技术领域

本发明涉及光电瞬态测试领域，特别涉及激光多普勒速度和加速度测量领域，具体涉及一种大景深全光纤激光多普勒测速仪。

背景技术

激光多普勒测速技术是一种基于光学多普勒效应的高精度非接触式速度测量技术，具有非接触、抗电磁干扰等优点，被广泛应用于各种场合。在对被测物体进行速度测量，特别是在测量高速运动物体时，可能存在被测物运动行程较长的情况，常规测速手段只能对很短行程内的运动速度进行测量，无法完全反应被测物在整个运动过程内的速度或加速度变化情况；如果能够提高测速仪的测量景深范围，一次性获得被测物体整个运动行程内的连续速度和加速度变化情况，将有助于实验人员对被测物的运动过程进行精确分析，提高实验效果。

为了满足对大行程的运动速度测量，就需激光多普勒测速仪具有较大的测量景深，保证测速仪的测量景深能够覆盖被测物的整个运动行程，在被测物的整个运动行程内都能够接收到稳定的干涉信号。

常见的光纤激光多普勒测速仪的原理结构如图1所示，激光器发出的激光被分为两路，一路作为参考光，一路作为信号光；信号光经过光纤环形器和光学天线后进行空间传输，在照射到被测物表面后，发生反射，重新进入光学天线；由于被测物体的运动，此时重新进入光学天线的信号光就带有了多普勒频移，会在光纤耦合器与参考光进行拍频，形成干涉信号，干涉光信号通过光电探测器进行接收，并通过信号处理系统进行处理分析后，就能够得到被测物体的运动速度。但是，常见的光纤激光多普勒测速仪受到光学天线耦合损耗和激光功率的限制，通常测量景深较小，无法满足被测物体大行程的连续速度测量。

发明内容

本发明的目的是解决现有激光多普勒测速仪测量景深小，无法对大行程运动物体的速度进行连续测量的问题，提供一种大景深全光纤激光多普勒测速仪，该激光多普勒测速仪实现对被测物体的大行程连续速度测量。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种大景深全光纤激光多普勒测速仪，包括种子光源、光隔离器、第一光纤分束器、第二光纤分束器、种子光监视探测器、激光放大器、光纤环形器、光纤在线衰减器、光学天线、光纤合束器、平衡光电探测器、数据采集卡和信号处理系统，所述光学天线为大景深光学天线；所述种子光源发出的连续激光线宽＜100kHz，种子光源通过光隔离器与第一光纤分束器相连，第一光纤分束器将激光分为功率不等的两束激光；所述第一光纤分束器的一个输出端口与种子光监视探测器相连，用于对种子光源的工作状态进行监控，另一个输出端口与第二光纤分束器的输入端口相连；所述第二光纤分束器的两个输出端口分别与激光放大器、光纤在线衰减器相连，与激光放大器相连的光路为测量光路，与光纤在线衰减器相连的光路为参考光路；光纤在线衰减器能够控制参考光路的激光功率，使之与测量光路的激光功率保持一致；所述激光放大器的输出端口与光纤环形器的a端口相连，光纤环形器的b端口与光学天线相连，在光纤中传输的激光信号由光学天线输出，成为空间光，射向被测物体表面，被测物体表面反射回的激光信号由光学天线再次进行传输，并沿原传播路径进入光纤环形器的b端口，传输至光纤环形器的c端口；所述光纤合束器的两个输入端口分别与光纤在线衰减器的输出端口、光纤环形器的c端口相连，参考光路和测量光路中的激光信号在光纤合束器发生拍频干涉，形成干涉光信号；所述光纤合束器的两个输出端口分别与平衡光电探测器的两个输入端口相连，将干涉光信号转化为电流信号；所述平衡光电探测器的输出端口与数据采集卡的输入端口相连，将电流信号转换为数字信号；数据采集卡将采集到的数字信号输入信号处理系统，得出被测物体的运动速度分布。