[发明专利]一种双模式、超高速运动物体运动速度测量装置及方法

摘要

本发明属于激光干涉测速装置领域，尤其是一种双模式、超高速运动物体速度测量装置及方法。现有的位移干涉仪在测量10km/s以上超高速度时，需要12GHz以上带宽的示波器才能完整记录干涉信号；现有的速度干涉仪在测量高加速度过程中会出现干涉条纹丢失的现象。本发明能够高分辨率地测量10km/s以上超高速运动物体速度随时间的变化历史，采用了全光纤结构，系统紧凑、免调试，使用方便。本发明光发射与接收处理模块分别与位移干涉模块的光纤合束器输入端、速度干涉模块第三光纤分束器输入端连接，位移干涉模块的微波混频器输出端、速度干涉模块的光电探测器输出端分别对应与示波器输入端连接，示波器输出端与信号处理计算机连接。

主权项

一种双模式超高速运动物体运动速度测量装置，其特征在于包括：光发射与接收模块、速度干涉模块、位移干涉模块、示波器、信号处理计算机；光发射与接收处理模块，用于提供测量运动物体速度的参考光和探测光，并使得从运动物体表面反射回的信号光强度稳定；然后再将反射回的信号光分成两路分束光输出，其中一路分束光输入到位移干涉模块、另一路分束光输入到速度干涉模块；速度干涉模块，通过光纤延迟线对光发射与接收处理模块输出的另一路分束光进行时间延迟，使得在不同时刻被运动物体反射回的另一路分束光在正交相位光纤耦合器中干涉，并获得依次具有π/2相位差的4路干涉信号；并将4路干涉信号转换为对应的电信号；位移干涉模块，用于将光发射与接收处理模块输出的参考光以及从运动物体反射回的一路分束光进行干涉，并将与干涉信号对应的电信号与来自于微波源的信号进行混频，混频信号由示波器记录；示波器，用于记录与速度干涉模块输出的4路干涉信号相对应的电信号，同时记录位移干涉模块输出的混频信号；信号处理计算机，用于处理示波器记录的速度干涉模块和位移干涉模块输出的信号，获得运动物体速度随时间的变化历史；其中所述光发射与接收处理模块包括光发射与接收模块、第一光纤分束器、第二光纤分束器，所述光发射与接收模块包括激光器、光纤隔离器、双光纤探头、动态饱和光纤放大器；激光器输出的激光经过光纤隔离器后，由第一光纤分束器进行分束，产生一路参考光与一路探测光；所述探测光通过双光纤探头的一个尾纤输入双光纤探头，从双光纤探头出射的激光直接照射到运动物体的表面上，从运动物体表面反射回的信号光被双光纤探头接收，并通过双光纤探头另一尾纤将反射回的信号光输入至动态饱和光纤放大器进行放大处理并获得稳定的光强输出，从动态饱和光纤放大器输出的信号光传输出至第二光纤分束器的输入端，第二光纤分束器将反射回的信号光分成两路分束光分别输出；其中一路分束光经光纤合束器的一个端口输入到位移干涉模块中，另一路分束光经光纤分束器的输入端输入到速度干涉模块中；其中光纤分束器的一个输出端口作为光发射与接收处理模块的第一输出端口，第二光纤分束器的一路分束光输出端口作为光发射与接收处理模块的第二输出端口，第二光纤分束器的另一路分束光输出端口作为光发射与接收处理模块的第三输出端口。