[发明专利]一种双频激光多普勒测速方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种双频激光多普勒测速方法及装置

背景技术

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。已有激光多普勒测速仪主要分为单频激光多普勒测速仪和双频激光多普勒测速仪两种。

图1示出了现有的单频激光多普勒测速仪的基本结构。该单频多普勒测速仪实际上是一台迈克尔逊式位移干涉仪。由单频激光器1发出的单频激光束51’入射到半透半反镜71’后，被分成反射光束52’和透射光束55’。作为参考光束，反射光束52’照射到全反射镜81’上，被反射回的光束53’照射到半透半反镜71’上，其透射光束沿光束54’的方向照射到光电接收器41’上。作为信号光束，透射光束55’照射到82’全反射镜上，所产生的反射光束照射到待测速的运动物体3’上。由运动物体3’上反射出的激光束57’的激光频率受到运动物体速度的影响，发生和运动物体速度成正比的多普勒频移，从而改变了激光束57’的频率。激光束57’经过全反射镜82’反射后沿光束58’方向入射到半透半反镜71’后被反射，沿光束54’的方向入射到光电接收器41’上。光电接收器41’接收到由激光束53’和激光束58’所形成的合光光束54’，输出一个和运动物体速度成正比的拍频信号。用这个拍频信号，经过计算就可以得到运动物体的速度。

单频激光测速仪具有结构简单、使用方便的优点，同时也由于激光器激光频率的漂移大、激光频率非常高和光电接收器的频带不高等因素的限制，使得单频激光多普勒测速仪的测速精度不高、可测的最高速度很低，应用范围受到很大的限制。

图2示出了现有的双频激光多普勒测速仪的基本结构。该双频激光多普勒测速仪使用1台偏振方向互相垂直的双频激光器2’发出的双频激光束61’进行运动物体速度的测量。激光束被半透半反镜71’分成反射激光束62’和透射激光束63’。反射激光束62’通过偏振器92’后，沿着光束68’的方向照射到被光电接收器41’上。光电接收器41’输出此光束内两个频率激光的拍频。此拍频被用作为参考拍频。透射光束63’内含有偏振方向相互垂直的两个不同频率的激光，它通过偏振方向与其内激光偏振方向成45°角的偏振器时，被分为垂直(和纸面垂直)偏振的单频反射光束641’和平行(和纸面平行)偏振的单频透射光束651’。这两个单频激光束的频率不同。反射光束641’内激光的频率在整个传播过程中保持不变。光束641’依次被全反射器81’的反射，沿光束642’和光束643’的方向传播并入射到偏振器91’内。透射光束651被待测速运动物体3’反射，其内激光频率收到待测速物体运动的影响，产生多普勒频移，并沿着光束652’和光束653’的方向传播。光束653’在透过偏振器91’后，和由光束643’在偏振器91’内产生的反射光合为一个激光束66’。在激光束66’内有两个激光频率：一个是原来两个激光频率中的一个频率，另一个是原来两个激光频率中的另一个频率，但它是受了多普勒频移的新频率。合光束66’被全反射镜72’反射后，经过偏振器93’后沿光束69’的方向入射到光电接收器42’上。光电接收器42’检测到合光束69’后，输出和待测物体速度成正比的拍频信号。用此拍频信号可以得到运动物体的速度。

现有的双频激光多普勒测速仪优于单频激光多普勒测速仪，其测量精度不受激光器激光频率的漂移大和激光频率太高的限制，具有高的信噪比，抗干扰能力强，测量精度得到提高。但是，已有的双频激光多普勒测速仪的最大可测量速度受限于所用双频激光器的频差。至今已有双频激光多普勒测速仪的最高测速一般在1000mm/s以下，远远不能够满足目前对高速运动物体进行速度测量的需求。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别针对采用双频激光器的两个不同频率的激光同时照射到待测速物体上，共同传感速度信息，提高可测速度的上限，扩大测速范围，提出了一种双频激光多普勒测速方法及装置。

为达到上述目的，本发明实施例的一方面提出了一种双频激光多普勒测速方法，包括如下步骤：

生成双频激光束，所述双频激光束为包括两个不同频率激光的光束，将所述双频激光束分成两个双频光束，分别作为参考光束以生成参考拍频信号和测量光束以生成测量拍频信号；

将所述参考拍频信号和从待测速物体反射回来的测量拍频信号进行混频，以得到与待测速物体的运动速度成正比的拍频信号；和

根据所述与测速物体的运动速度成正比的拍频信号，计算待测速物体的运动速度。