[发明专利]大动态测量范围全光纤多普勒测速装置

说明书

本发明涉及一种大动态测量范围全光纤多普勒测速装置，包括单模激光器、光纤隔离器、1×2光纤分束器、光纤环行器、光纤声光移频器、光纤反射镜、光纤准直器、2×1光纤合束器和光电探测器。单模激光器输出的激光经光纤隔离器后由1×2光纤分束器等分为两束，其中一束两次通过光纤声光移频器实现双倍移频，另一束光经光纤准直器垂直照射运动物体并产生多普勒频移，两束光再经过2×1光纤合束器合束并产生光学拍频，由光电探测器探测该信号并由其拍频频率计算得到物体运动速度。由于参考光两次经过光纤声光移频器产生了双倍移频，该装置对速度的动态测量范围扩大为常规全光纤多普勒速度装置的两倍。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种全光纤激光多普勒测速装置。

背景技术

激光多普勒测速技术，利用目标物体相对于激光光源运动对激光频率所产生的多普勒频移精确测量目标运动速度，具有非接触测量、动态响应快、灵敏度高和测量量程大等优点，但也具有结构复杂、体积庞大和调整校对困难、易受环境振动扰动等缺点。以光纤作为连接基本器件的激光传输介质，构成的全光纤多普勒测速装置，可以克服上述缺点，具有结构简单、调整方便、稳定性高和易于多点测量等优点。不过全光纤多普勒测速技术也存在其本身的局限。

包括全光纤多普勒测速技术在内的激光多普勒测速技术的典型方法有零差法和外差法。零差法，将单频连续激光分为两束，其中一束作为参考光，一束作为信号光，信号光照射运动物体并被物体反射，因物体运动，反射光相对原输出光存在一个多普勒频移，该信号光与参考光叠加产生光学拍频信号，利用光电探测器测量该拍频信号频率，即可计算出物体运动速度，实现对物体运动速度的测量。但零差法无法实现对物体运动速度方向的判别，因以其实际使用受到一定限制。

而采用外差法，则可以在测量物体运动速度的同时，实现对速度方向的判别。在通常的外差式多普勒测速装置中，由于参考光相对于未经多普勒频移的初始信号光有一个固定频率差，多普勒频移量与物体运动速度成正比，在多普勒频移量最大值不能超过参考光相对于未经多普勒频移的初始信号光的固定频率差，因此速度测量的动态范围受到该固定频率差的限制。在常规的全光纤多普勒测速技术里通常采用光纤声光移频器来对单频连续激光器输出的光进行移频构成参考光，传统装置结构通常是：激光器产生激光光束经过光纤隔离器后被 1×2光纤分束器3分为两束光，其中一束通过声光移频器4后频率发生变化为参考光；另外一束光经光纤环行器的第一端口、第二端口到达光纤准直器后出射，照射到目标运动物体后被反射回光纤准直器，由于多普勒效应，此时该光束称为信号光，该信号光经光纤环行器的第三端口出射，参考光和信号光进入2×1光纤合束器进行混频后到达光电探测器8。可以看出，全光纤多普勒测速装置的动态动态范围受到声光移频器移频量的限制。

发明内容

针对常规全光纤多普勒测速装置中速度的动态测量范围受到光纤声光移频器移频量大小限制的问题，提出一种速度动态范围可扩展为现有装置二倍的一种大动态测量范围全光纤多普勒测速方案。

本发明的技术方案如下：

一种大动态测量范围全光纤多普勒测速装置，包括单模激光器、光纤隔离器、1×2光纤分束器、第二光纤环行器、光纤声光移频器、光纤准直器、2×1光纤合束器和光电探测器，还包括第一光纤环行器和光纤反射镜，所述单模激光器输出端通过单模光纤连接光纤隔离器输入端，光纤隔离器输出端连接1×2光纤分束器的输入端，1×2光纤分束器第一、第二输出端分别与第一光纤环行器、第二光纤环行器的第一端口连接，第一光纤环行器的第二端口接光纤声光移频器的输入端，光纤声光移频器的输出端接光纤反射镜，第二光纤环行器的第二端口接光纤准直器，第一光纤环行器、第二光纤环行器的第三输出端口接2×1光纤合束器的第一、第二输入端口，2×1光纤合束器的输出端接光电探测器。