[发明专利]一种相位调制激光多普勒测速系统及测速方法

权利要求书

1.一种相位调制激光多普勒测速系统，其特征在于：所述系统包括：激光器(1)、偏振分光片(2)、机械开关(3)、第一凸透镜(4)、旋转目标(5)、第二凸透镜(6)、多模光纤(7)、第三凸透镜(8)、偏振片(9)、第四凸透镜(10)、光纤相位调制器(11)、第五凸透镜(14)、扩束镜(15)、F-P干涉仪(16)、第六凸透镜(17)、光电倍增管(18)、驱动器(12)、信号发生器(13)、数据采集卡(19)、输出卡(20)和计算机(21)；

在机械开关(3)开启时，激光器(1)发出信号光，经过偏振分光片(2)后经过第一凸透镜(4)的中心；

第一凸透镜(4)的中心设置在经过偏振分光片(2)的光路上；

信号光经过振分光片(2)和第一凸透镜(4)的中心后，达到旋转目标(5)并反射回来；信号光经过第一凸透镜(4)的中心，通过开启的机械开关(3)后，经过偏振分光片(2)反射，然后信号光经过第二凸透镜(6)的中心；

第二凸透镜(6)的中心设置在经过偏振分光片(2)反射后信号光的光路上；

信号光经过第二凸透镜(6)后，经过多模光纤(7)进入第三凸透镜(8)准直，然后再经过偏振片(9)，使信号光变成线偏振光；固定偏振的信号光经第四凸透镜(10)收集，进入光纤相位调制器(11)；

信号发生器(13)产生一定频率和振幅的正弦信号，经驱动器(12)放大后作用在光纤相位调制器(11)上，对信号光进行正弦相位调制，同时信号发生器(13)输出的信号作为触发信号连接到数据采集卡(19)上；经过光纤相位调制器(11)的信号光依次经过第五凸透镜(14)与扩束镜(15)后，垂直入射F-P干涉仪(16)，F-P干涉仪(16)的透射信号光经第六凸透镜(17)会聚到光电倍增管(18)上，光电倍增管(18)的输出信号由数据采集卡(19)采集；利用输出卡(20)的输出信号来控制激光器(1)的输出频率，同时利用激光器(1)的输出信号来检测信号光的状态；

第三凸透镜(8)、偏振片(9)、第四凸透镜(10)同轴设置；

第五凸透镜(14)、扩束镜(15)、F-P干涉仪(16)、第六凸透镜(17)、光电倍增管(18)同轴设置；

所述多模光纤(7)连接第三凸透镜(8)；

所述信号发生器(13)分别连接数据采集卡(19)和.驱动器(12)；

所述驱动器(12)连接光纤相位调制器(11)；

所述光电倍增管(18)连接数据采集卡(19)；

所述输出卡(20)分别连接计算机(21)和激光器(1)；计算机(21)通过输出卡(20)控制激光器(1)出射信号光的频率ω；

所述计算机(21)连接激光器(1)，控制激光器(1)的工作状态。

2.利用权利要求1所述的相位调制激光多普勒测速系统实现测速的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在机械开关(3)处于关闭状态时，利用计算机(21)控制输出卡(20)调节激光器(1)的输出频率，即信号光的频率ω，并利用计算机(21)对数据采集卡(19)采集到的不同激光器频率下的输出电流i(t)，绘制出nA(ω)的频移变化曲线；

步骤二：在机械开关(3)关闭的情况下，在相位调制激光多普勒测速系统正常工作状态下，计算机(21)对数据采集卡(19)采集到的输出电流i(t)，并计算出nA(ω₀)；利用nA(ω)的频移变化曲线，确定测量出射信号光的频率ω₀值；

步骤三：在机械开关(3)开启的情况下，单频率信号照射到物体并返回，按照步骤二的操作得到运动物体后向反射信号光频率ω₁的值；

步骤四：计算步骤二和步骤三出射信号光的频率的差值△ω＝ω₁-ω₀，即为运动物体在信号光径向上速度产生的多普勒频移，利用其计算出运动物体在信号光径向上速度。