[发明专利]具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置

说明书

本测速装置包含：框架、第一超声电机、第二超声电机、光栅尺、光栅读数器、气缸配重器、多普勒激光测速仪、竖导轨、底座、纵导轨、横导轨、竖板、连接板和第三超声电机，纵导轨分别装在底座上，在纵导轨两侧对称底座上装有第一超声电机，两个第一超声电机驱动纵导轨沿着底座前后纵向移动；在顶边上装有横导轨，在横导轨两侧对称顶边上分别装有第三超声电机，两个第三超声电机驱动横导轨使其沿着顶边左右横向移动；在横导轨上固定有连接板，在连接板一端固定有平行于对称边竖板，在竖板左右对称位置上分别装有第二超声电机，在两个第二超声电机之间装有竖导轨，两个第二超声电机驱动纵导轨沿着竖板上下移动，在竖导轨下端装有多普勒激光测速仪。

技术领域

本发明涉及高精度微风风速测量领域，尤其涉及三坐标精密定位控制的激光多普勒测速方法、系统及装置。

背景技术

激光多普勒测速技术作为一种基于光学多普勒效应的测量方法，通过测量流体中微小粒子的散射光来测量流体的速度。该测量方法具有高精度、高分辨率、测量信号响应速度快、灵敏度高等技术优势，且由于测量过程中与被测流体无直接接触，排除了对流体的扰动，能够完成对特殊流体(温度高、具腐蚀性或毒性气体)的速度测量。由于激光多普勒测速技术具有以上优势，被广泛应用于各种流体速度的测量中，对微风风速的测量正是其众多应用中的重要一部分。

使用传统的激光多普勒测速仪测量微风风速能够完成对空间中某一点随时间变化的速度测量，但无法实现对空间中不同位置的点进行测量，即无法完成面检测。为了对空间中不同位置的点实现激光多普勒测速操作，需要在传统的激光多普勒测速仪基础上增加三坐标精密定位装置，完成对测速仪的空间定位控制，从而达到阵列检测的目的。

由此，希望设计一种三维坐标精密可调节的激光多普勒测速装置，以适应不同位置点的速度检测。现有较常见的激光多普勒多点测速方法是通过对多普勒激光测速仪发出的激光本身进行调制，通过使用多个分光棱镜或其他调制方法完成激光出射点的位置调节。该方法首先受制于激光光强的衰减效应，在棱镜或其他种类的调制器对激光出射方向进行调节时，会降低激光的功率和光强，同时增加了光学系统的复杂度，容易引入干扰光，导致最终的测量信号强度较低、误差较大。此测量方法的测量范围还会受到出射激光角度范围的影响，光学元件的角度调整精密度不高会增加被测点精密定位的难度。另一方面，激光器与被测流体之间引入的多个光学元件占用了有限的测量空间，提高了测量系统整体的复杂性。

发明内容

本申请的发明目的在于解决目前激光多普勒测速装置的不足，而提供一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，解决了微风风速或其他流体测量中阵列检测的精密定位问题。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，它包含：框架、第一超声电机、第二超声电机、光栅尺、光栅读数器、气缸配重器、多普勒激光测速仪、竖导轨、底座、纵导轨、横导轨、竖板、连接板、第三超声电机和控制器，所述框架为由二个对称边和顶边组成的三边矩形，在二个对称边底部分别固定有一根与对称边垂直的纵导轨，其中：每根纵导轨分别装在一个底座上，在每根纵导轨两侧对称的底座上分别装有第一超声电机，两个第一超声电机驱动纵导轨使其沿着底座前、后纵向移动，沿着每根纵导轨纵向上贴有光栅尺，在每个底座上分别装有一个光栅读数器；在顶边上装有沿着顶边的横导轨，在横导轨两侧对称的顶边上分别装有一个第三超声电机，两个第三超声电机驱动横导轨使其沿着顶边左、右横向移动，沿着横导轨的横向上贴有光栅尺，在顶边上装有一个光栅读数器；在横导轨上固定有连接板，连接板两端跨过横导轨，在连接板一端固定有平行于对称边的竖板，在竖板的左右对称位置上分别装有一个第二超声电机，在两个第二超声电机之间装有竖导轨，两个第二超声电机驱动纵导轨沿着竖板上、下移动，在竖导轨的下端装有多普勒激光测速仪，沿着纵导轨的竖向上贴有光栅尺，在竖板上装有一个光栅读数器，在连接板另一端固定有气缸配重器；控制器分别与第一超声电机、第二超声电机、第三超声电机和各光栅读数器相连。