[发明专利]共面偏振二维频移激光测速仪

说明书

本发明所属技术领域为一种激光测速仪。

本发明相近技术情况：

国际上目前常见的二维激光测速仪，大多数能测量垂直于入射光平面内的二维速度分量，使用受到一定限制。例如在轴对称管流测量中，由于管壁曲面的折射影响，无法用上述仪器测得管道内径向速度分量。现有的测量沿光轴平面内二维速度分量的激光沿速仪，使用频率分离或色分离方法。前者结构复杂，需用高性能的光电子器件，价格昂贵;后者只限于使用多谱线工作的激光器（如氩离子激光器）。这两种方法采用单透镜工作时，对轴向速度的测量精度低，影响了它的推广应用。

国内情况，目前只有能测量垂直于入射光平面内的二维速度分量的激光测速仪。可测量沿光轴平面内二维速度分量的仪器尚属空白。

相近的技术可参阅：

1.Laser    Velocimetry    Systems，TSI    Inc.1987.

2.Laser    Dopper    Anemometry，DISA    Electronics，1983.

3.Differential    Doppler    Technigue    for    On-Axis    Backscatter    Measurements，US    Patent    4，263，002.

本发明的目的，为了发明创造一种简便易行的测量入射光束平面内二维速度分量的激光测速仪，即共面偏振二维频移激光测速仪。

本发明的基本点是：共面偏振二维频移激光测速仪，是由频移入射光路，接收光系统和信号处理三部份组成。三束入射光均来自同一激光器（1），它们之间的交角可以采用不同数值，三束共面平行光束（10）、（11）、（12）具有不同频移量，其偏振方向（见图2）为：光束（10）和（12）互相垂直，光束（11）与光束（10）、（12）均成45°;接收光系统采用偏振分离方法和两个光检测器（19）、（20），获得二维速度分量的信息;信号处理部份，采用电子混频和数据解算装置（29）相结合的方法，可消除现有激光测速仪对入射光束的对称性有严格要求的限制，实现平行于光轴速度分量V_R和垂直于光轴速度分量V_X的精确测量。该仪器结构简单，与现有技术相比压缩接收频带一倍以上，提高了信噪比，又节省高频响应的光电子器件，从而降低造价，成本低。本发明的激光测速仪既可采用大功率的氩离子激光器，又可采用小功率的氦氖激光器，因此该激光测速仪适用性好，易于推广应用。

附图：

图1    共面偏振二维频移激光测速仪的示意图。

图2    三束共面入射光偏振方向示意图（即图1中AA方向示图）。

结合附图说明本发明的详细内容：

共面偏振二维频移激光测速仪是由频移入射光路、接收光学系统和信号处理三部份组成。其布置见图1所示。

由激光器（1）发出的单色光束经分光偏振旋转装置（2）得到三束共面平行光。它们的偏振方向见图2所示，其中光束（10）和（12）的偏振方向互相垂直，光束（11）与光束（10）、（12）的偏振方向均成45°。光束（10）和（12）是经声光调制器（5）（6）调制以后玫降难苌涔猓渲幸皇钦患豆猓硪皇歉阂患豆狻Ｆ狄破德史直鹗莊_2S和-f_1S，可以按实际需要选择此频率值以得到不同的频移量（即频差）。入射透镜（8）将具有不同频率（f₀-f_1S）、（f₀+f_2S）、f₀的三束入射光聚焦到相交的测量控制体（13）。当运动微粒通过该相交区时，根据双光束双散射外差原理，散射光（14）中包含着正比于速度分量V₁和V₂的多普勒频率信号，即：