[发明专利]一种基于声光效应的高精度海水流速测量方法

说明书

本发明公开了一种基于声光效应的高精度海水流速测量方法，本发明利用声光效应为基本测量原理，在超声飞过激光时，会因为声光效应使得衍射光的频率发生变化，本发明选用一级衍射光。将发生声光效应的测量光的一级衍射光与参考光路合束拍频从而获得光频发生的变化；当发射的超声因为海水中的悬浮粒子发生散射再次与测量光发生声光效应后，可以通过同样的方法获得光频的变化，进而获得超声因为运动的粒子而发生的多普勒频移，从而获得海水流速的大小和方向。本发明以红外激光声光效应为基本原理对海水流速剖面进行检测，目的在于实现高精度、高稳定性的流速测量。

技术领域

本发明涉及海水流速测量领域，尤其涉及一种基于声光效应的高精度海水流速测量方法。

背景技术

目前来讲，对于海水流速进行测量，主要包含：机械式海流计、电磁式海流计、声学多普勒流速仪以及船载声学多普勒海流剖面仪，根据不同的需要上述海水流速测量仪器都有较为广泛的应用，但有很多情况下上述仪器的测量精度与范围不能完全满足海洋科学发展的需要。

发明内容

本发明提供了一种基于声光效应的高精度海水流速测量方法，本发明以红外激光声光效应为基本原理对海水流速剖面进行检测，目的在于实现高精度、高稳定性的流速测量，详见下文描述：

一种基于声光效应的高精度海水流速测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

对红外光源通过电光调制器调制后，依次通过掺饵光纤光功率放大器、倍频晶体、第一1/2波片、第一偏振分束立方，并经第一反射镜反射后，确保两束光平行等高进入水槽中，开启脉冲发生器，激发脉冲超声；

调整测量光路与参考光路时，在两束光前端尽量远的地方放置一可调俯仰偏摆的反射镜，调整反射镜使得参考光路与反射镜垂直，即在参考光路的前进端放置一小孔光阑，确保经反射镜反射回来的光通过同一光阑；

调整超声探头的位置，使得超声垂直飞过参考光路，由所得的衍射光强与原基底光强之比，求出超声在参考光路处的声压，根据超声在水中的衰减系数求出测量光路处的声压，再反算出测量光路处的光强比，调整超声探头的位置；

将两束从水槽中射出的发生声光效应的平行光进行合束，在第二偏振分束立方的两侧分别用第一光电探测器、第二光电探测器接收光信号并转换为电信号后由频率计数器、示波器获取飞行距离信息与时间信息从而获得海水声速；

将未发生多普勒频移的超声与测量光发生声光效应后将其一级衍射光与参考光合为一束进行拍频，并利用光电探测器接收后将其转换为电信号进行探测，获取因声光效应导致光频发生的频移；

而后当发射的超声碰到海水中悬浮粒子即发生多普勒频移的超声、再与测量光发生声光效应后同样获得光频发生的频移，从而通过两次光学频移获得声学多普勒频移，从而获得海水流速。

所述方法包括：

调节第一1/2波片、第二1/2波片、第三1/2波片，使得参考光路与测量光路均能通过第二偏振分束立方进行合束；

启动第一信号发生器，使其输出连续信号即第二超声探头发出连续的超声波；调节第四反射镜，使得一级衍射光与参考光在第三偏振分束立方处进行合束，通过拍频测量由于声光效应使得衍射光频率发生的变化；

将第一脉冲发生器输出改为固定频率的脉冲信号，设置其脉冲时间间隔大于回波所需时间，探测打到水中运动的悬浮粒子即发生多普勒频移的超声与测量光发生声光效应导致光频率发生的变化；最后获得海水流速大小。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本方法可解决机械式海流计的接触测量问题，避免了对海水流动的影响；且解决了在流速较低时机械式海流计转子无法启动，有一个最低启动速度的问题；另外本方法基于声光效应，灵敏度非常高，可有效避免旋桨惯性大，测量灵敏度较低的问题；