[发明专利]全光纤光频率调制激光多普勒测速系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种全光纤光频率调制激光多普勒测速系统。

背景技术

激光多普勒测速技术被公认为非接触测量的最佳方法，无论是固体、流体还是气体的速度都可测量，广泛的应用在航空航天、地面监控、水力学、流体力学、风洞诊断等诸多领域，在军事和民用领域都有着广阔的应用前景。

激光多普勒测速技术是激光测量、干涉技术、光电测量和光学计量的综合应用之一，是光电仪器的一个亮点。激光多普勒测速技术使用激光束照射被测目标，当被测目标运动时，在反射光波中产生多普勒效应，反射光频率随着目标运动而发生漂移，测量这些反射光中的多普勒频移，就可以在不接触被测目标的情况下测定目标的运动速度。

从原理讲，激光多普勒测速技术是一种特殊类型的干涉测量技术。假设入射信号光波的复振幅和本振参考光波的复振幅分别为

式中，ω_s＝2πv_s和ω₀＝2πν₀是两束光波的角频率，v_s和ν₀是对应的光波频率。

在光合成混频后接收探测器的光电信号为

式中，S为探测器的光电灵敏度。

由式可见，接收探测器的光电信号包含直流分量、二倍接收光频和二倍本振光频分量以及接收光和信号光的和频、差频分量。由于接收光电器件的响应频带宽度有限，式中的倍频项与和频项不能被光电器件接收，只有频差Δω＝ω_s-ω₀处于探测器的相应频带范围内才能被响应。此时接收探测器输出的交流信号为

式中，Δν为光波的多普勒移频。测定这个光波的多普勒移频的大小，就可以推导出目标物体的移动速度V。

V=λ2Δν]]>

目前激光多普勒测速技术较为传统的技术方案中，激光信号不经频率调制直接输出。这样就造成了接收到的电信号中多普勒移频是一个未知的频率，只有在这个频率的信号远大于噪声信号时才能被测量，一旦多普勒移频信号较弱、被淹没在噪声信号中时就无法被有效解析出来。这种过于粗糙的测量解析方法造成了激光功率利用效率低、有效测程近、测速精度低的缺点。

目前激光多普勒测速技术较为传统的技术方案中的技术缺陷还有就是光学系统结构不合理，激光传输系统主要使用反射镜和棱镜作为激光传输光学元件。使用反射镜的激光多普勒测速仪器中由于反射镜对机械稳定性能和环境稳定性要求非常苛刻，反射镜面型或位置即使发生微小的变化也会造成较大的角度误差，严重影响系统光学效率。使用棱镜的激光多普勒测速仪器中，棱镜虽然对机械稳定性能要求不高，但是必须考虑高光学路径长度的平衡，造成了光学系统体积庞大、结构自由度低等缺点。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种全光纤光频率调制激光多普勒测速系统，用以解决现有技术中激光测速精度低以及光学系统结构不合理的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种全光纤光频率调制激光多普勒测速系统，包括：激光发射单元、收发隔离器、激光镜头、合束器、接收探测器以及计算单元，以上所有光学功能单元或器件均使用光纤相互连接；其中，

所述激光发射单元，用于将生成的激光进行频率调制后分成主光束和本振光，分别输出给所述收发隔离器和合束器；

所述收发隔离器，用于控制激光进入与输出的方式，即主光束经进入所述收发隔离器后由激光镜头输出，照射在目标物体上；目标物体反射的回波光束经所述激光镜头进入所述收发隔离器后输出给所述合束器；

所述激光镜头，用于将经过所述收发隔离器输出的激光照射在目标物体上，并且采集目标物体反射的回波光束，反向输入所述收发隔离器；

所述合束器，用于将接收到的本振光与回波光束进行合束混频后输出给所述接收探测器；

所述接收探测器，用于接收经合束器合束混频后的光束；

所述计算单元，用于对合束混频后的光束进行解析后最终得到被测目标的速度信息。

进一步地，还包括：λ/4波片、λ/2波片，其中，