[发明专利]光强自适应型激光多普勒测速仪

说明书

技术领域

本发明属于光电瞬态测试技术领域，特别涉及一种光强自适应型激光多普勒测速仪。

背景技术

激光多普勒测速技术是一种近年来逐步兴起并且发展迅猛的瞬态速度历程检测技术，由于其具有非接触式、连续测量的特点，现已广泛应用于各种爆轰加载实验中，获取被测物体靶面的瞬态速度演化历程，以对爆轰物理过程进行精确分析。

爆轰物理实验中使用的激光多普勒测速技术是一种使用通讯波段波长激光为光源，微型光纤探头为末端传感器的全光纤式瞬态测速仪器。图1为现有技术中的激光多普勒测速仪的原理结构图，如图1所示，光纤探头收集出射至靶面并被靶面反射回来的信号光，并通过长距离光缆返回，与仪器内部参考光耦合并形成干涉光，当被测靶面发生运动时，由于多普勒效应，反射回来的信号光频率产生与靶面运动速度成正比的偏移，导致干涉光频率发生正比于靶面运动速度的变化，通过光电转换器探测和示波器记录干涉光的频率变化历程，再通过计算可获得靶面运动的速度历程。

现有激光多普勒测速技术在爆轰加载测试中，由于被测物体靶面运动状态复杂多变，回光光强可能呈不规律变化，导致示波器采集干涉信号波形时，普遍存在信号幅值和信号基线突变而导致测试波形超屏并丢失信号的风险和现象。

发明内容

【要解决的技术问题】

本发明的目的是提供一种光强自适应型激光多普勒测速仪，以解决现有激光多普勒测速仪在爆轰加载测试时出现的信号波形超屏并丢失信号的问题。

【技术方案】

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明涉及一种光强自适应型激光多普勒测速仪，其包括激光器、第一光纤分束器、环形器、光纤探头、光纤耦合器，所述激光器与第一光纤分束器的输入端连接，所述第一光纤分束器的一个输出端与环形器的第一端口连接，所述环形器的第二端口与光纤探头连接，其还包括光强自动增益调节反馈模块，所述光强自动增益调节反馈模块包括光强调制器、控制器、差分比较器、第一光电转换器、第二光电转换器、第二光纤分束器、第三光纤分束器、第三光电转换器，所述第二光纤分束器的输入端与第一光纤分束器的另一个输出端连接，所述第二光纤分束器的一个输出端与第一光电转换器的输入端连接，所述第二光纤分束器的另一个输出端与光纤耦合器的一个输入端连接，所述差分比较器的一个输入端与第一光电转换器的输出端连接，所述差分比较器的另一个输入端与第二光电转换器的输出端连接，所述差分比较器的输出端与控制器的输入端连接，所述光强调制器的光输入端与环形器的第三端口连接，所述光强调制器的电输入端与控制器的输出端连接，所述光强调制器的输出端与第三光纤分束器的输入端连接，所述第三光纤分束器的一个输出端与光纤耦合器的另一个输入端连接，所述第三光纤分束器的另一个输出端与第二光电转换器的输入端连接，所述光纤耦合器的输出端与第三光电转换器的输入端连接。

作为一种优选的实施方式，所述控制器被配置成：根据差分比较器输出值调节光强调制器的输出，使光纤探头接收到的反射光光强与激光器发射的参考光光强相等。

作为另一种优选的实施方式，还包括与第三光电转换器连接的频率信息提取模块，所述频率信息提取模块用于根据第三光电转换器得到的电压信号，通过傅立叶变换得到对应的频率信息。

作为另一种优选的实施方式，所述控制器为FPGA、DSP或ARM。

下面对本发明进行详细说明。

本发明通过在现有技术中的激光多普勒测速仪中加入光强自动增益调节反馈模块，使反射回来的信号光幅值保持稳定且与参考光光强相等，同时与参考光耦合，形成干涉光。

首先，由激光干涉测速原理公式：

上式中，I₀(t)为参考光光强，I_d(t)靶面反射信号光光强，f₀(t)为参考光频率，f_d(t)为带有多普勒频移的反射信号光频率；可见，等式右边前两项为直流分量，第三项为交流分量。当I₀(t)＝I_d(t)时，交流分量幅值在等式右边的占比最高，此时信噪比最佳；当I₀(t)、I_d(t)都为稳定值时，直流分量强度稳定且交流信号幅值稳定，即波形信号的基线位置和干涉信号幅值都保持稳定。通过以上发明方法和相关原理，可获得基线稳定、信号幅值稳定，且信噪比最佳的干涉信号，可有效解决波形信号超屏导致有效测试数据丢失的问题。