[发明专利]强本振型双光束激光多普勒测速方法及系统

说明书

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及强本振型双光束激光多普勒测速方法，激光器的输出光被分别作为本振光束和测量光束，本振光束经过调制器产生频移，测量光束分成两束强度相等的平行激光入射到凸透镜后，汇聚到一点，受待测速粒子运动的影响，照射到粒子上的两束激光的频率都产生多普勒频移；由于两束汇聚激光束与粒子运动方向的夹角不同，两束散射光所产生的多普勒频移量也不同，两束散射光被探测器收集后，与到达探测器的本振光束产生的拍频信号有两个多普勒频移。本发明还提供了基于上述方法的测速系统。本发明提高了现有测速系统中微弱后向散射光检测能力，消除系统在双光束所在平面内的偏转对测量准确度的影响，提高测量系统稳定性。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及强本振型双光束激光多普勒测速方法及系统。

背景技术

流体流速是工业生产过程中十分重要的参数指标，对该参数的准确监测可以有效地提高生产效率和质量。在传统的测量方法中，无一不要求测量仪器与流体有直接接触，这不仅影响了流体本身的运动情况，而且应用条件十分局限。而激光多普勒测速仪以其非接触测量、空间分辨率高、响应速度快等优点，在很多领域得到广泛应用。如图1所示，现有激光多普勒测速仪主要采用的双光束-双散射模式，由激光器发出的激光进入准直器，准直器的出射光入射到半透半反的分束棱镜，其中一路平行入射到凸透镜，另一路经过反射镜平行入射到凸透镜，两束平行光经过凸透镜聚焦到待测粒子上，粒子的散射光经过凸透镜后，由聚焦透镜聚焦到光电探测器，光电探测器输出一个和流速成正比的拍频信号。利用上述拍频信号，经过计算就可以得到运动物体的速度。但是目前的激光多普勒测速仪仍然存在如下问题：

1、由于是利用流体中颗粒的散射光获取速度信息，散射光强度比较微弱，特别是在只能利用强度更弱的后向散射光的场合，信号的拾取比较困难；

2、若双光束的平分线与所测速度没有完全垂直，则会引入测量误差；

3、双光束方案中要求探测光在待测点严格交叉，导致此类系统对光机稳定性要求极高，在部分严苛环境，如水下高压环境、跨界面测量且存在一定界面波动条件下使用时稳定性受限。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了强本振型双光束激光多普勒测速方法及系统，目的是为了提高现有激光多普勒测速系统中微弱后向散射光检测能力，消除系统在双光束所在平面内的偏转对测量准确度的影响，同时提高测量系统稳定性。

本发明提供的强本振型双光束激光多普勒测速方法，具体技术方案如下：

强本振型双光束激光多普勒测速方法，包括如下步骤：

S1，激光器射出激光，所述激光经过分光元件被分束为测量光束和本振光束；

S2，所述测量光束被分束为平行且强度相等的第一入射光和第二入射光，所述第一入射光和所述第二入射光聚焦到待测粒子上对应形成第一散射光和第二散射光；

S3，所述第一散射光和所述第二散射光经过缩束平行入射到合束器中，经过聚焦被探测器收集；

S4，所述本振光束经过调制器产生频移后平行入射到合束器中，经过聚焦被光电探测器收集；

S5，光电探测器输出第一散射光与本振光束的第一拍频信号以及第二散射光与本振光束的第二拍频信号，利用所述第一拍频信号和第二拍频信号，计算得出待测流体的流速。

为了实现上述方法，本发明提供了配套的强本振型双光束激光多普勒测速系统，包括激光器、分光元件、分束单元、凸透镜、光学转向元件、缩束透镜组、调制器、合束器和光电探测器，

所述激光器的光源输出端与分光元件的输入端相连，

所述分光元件的第一输出端连接所述分束单元，所述分束单元对准所述凸透镜，所述凸透镜与所述合束器对准，所述缩束透镜组位于所述凸透镜与所述合束器之间，