[其他]双差动声—光频移二维激光多普勒测速仪

说明书

本发明属于一种激光测速仪

激光多普勒测速仪是60年代中期发展起来的，到目前为止，国内外采用双差动式声-光频移的二维激光测速仪尚属空白。为了判别流速方向得到正确的分量合成，必须采用激光频移技术。国外现多采用单器件光-电子混合式二维方案，它会带来附加的电子混频噪音，要求频响高于驱动频率的光电器件，装置成本也高，並丧失了光子的实时特性。目前国内外只用在一维激光多普勒测速仪上的单差动方式。

相近技术可参阅

1.介绍美国TSI公司激光多普勒测速仪产品。

〔Laser    Velooimetry    Systems，TSI    Incerporated    1982〕

2.欧州专利    专利号243266

声光二维流动分析器，当流体经过激光造成的窄光带时，利用粒子的反射光测量流动。

〔Acousto-optieal    two    dimensional    flow    analyser-employs    light    reflecting    particles    to    indicate    flow    when    fluid    path    Crossed    laser    Produced    thin    Sheet    of    light。〕

本发明研究出一种双差动声-光频移装置，並用于二维激光多普勒测速仪上。

本发明的要点是：双差动声-光频移二维激光多普勒测速仪，是由激光器〔1〕、光路、信号和数据处理四部份组成。该光路采用双差动声-光频移装置，即在光路中插入三个声-光器件〔6〕，由三组不同工作频率的晶体振荡器作驱动源，使三束声-光频移入射光之间的差动光散射混频实现二维流向判别和速度测量。

附图    1双差动声-光频移二维激光多普勒测速仪示意图。

附图    2三束光的偏振方向及测量体内运动干涉条纹示意图。

以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。

双差动声-光频移二维激光多普勒测速仪可用单色光源，也可用氦氖激光器作光源。其构造原理是：可将氦氖激光器〔1〕，发出O.6328μ的光束，经过两个1/4波片〔2〕将偏振方向转变为与水平成45度方向，然后经中性分光镜〔3〕分成两束光。其中一束作为公共光束，另一束经偏振分光镜〔5〕和镜〔4〕分成两束偏振方向互相垂直的平行光束。在三束光的光路上分别插入三个声光器件〔6〕，以获得二维不同频移量。三通道频移发生器〔7〕是由三组晶体振荡器产生三组不同的工作频率，供三个声-光器件〔6〕作驱动源。将三束一级衍射光作入射光，通过入射透镜〔8〕，将三束衍射光会聚相交（见图二）。通过三束会聚光交点（即测量体）的微粒向四周散射光波，接收透镜〔9〕收集散射光，並由偏振分离器〔10〕将正交偏振光分离开，分别送到两个光检测器〔11〕去。根据光外差原理，在二个光检测器中得到的多普勒信号电流的频率分别为：

f_DA＝ (V_A)/(d_fA) + f_SA，f_DB＝ (V_B)/(d_fB) + f_SB

式中f_SA＝f_SⅠ-f_SⅡ，f_SB＝f_SⅠ-f_SⅢ，V_A，V_B分别为A、B方向速度，d_fA、d_fB为干涉条纹间距，V_SA和V_SB为条纹运动速度。依靠驱动频率f_SⅠ、f_SⅡ、f_SⅢ之间不同的配置，可以得到二维速度的不同的频移量。其数值要比驱动频率本身小得多。因而可用频响低的光检测器直接通过光外差得到最终的频移频率，而不必再用电子混频方法来降低频率。

双差动声-光频移二维激光多普勒测速仪，驱动频率可围绕40MH_Z中心工作频率上下变化。依靠三束声-光频移光束光散射的双差动混频，可以大大降低光电器件的频响要求，並提高信噪比。另由于得到的信号不会丧失光子的实时特性，所以还可直接用于光子相关二维速度测量。