基于三角波电流调制的激光自混合多维速度测量装置及方法

摘要

基于三角波电流调制的激光自混合多维速度测量装置及方法，包括激光器、光纤、光纤分束器、光纤聚焦器、光电探测器及信号处理电路组成，采用三角波电流调制、多路不同光程结构以及带通滤波信号处理电路等组成激光自混合传感系统，采用单个激光器和探测器实现多维速度大小和方向的准确在线测量。本发明结构简单、易于调节、成本低、空间分辨率高，有效拓展了基于激光自混合效应的速度传感方法，特别是为远距离物体三维运动速度的非接触在线监测提供了可靠的解决方案。

主权项

基于三角波电流调制的激光自混合多维速度测量装置，其特征在于：包括光电探测器（1）、激光器（2）、激光器调制模块（3）、第一光纤（4）、光纤分束器（5）、第二光纤（6）、第三光纤（7）、第四光纤（8）、第一光纤聚焦器（9）、第二光纤聚焦器（10）、第三光纤聚焦器（11）、待测运动物体（12）、微分放大电路（13）、三通道滤波器组（14）、三通道计数器组（15）、计算机（16），所述激光器调制模块（3）对激光器（2）进行三角波电流调制，以实现多维速度方向的准确判别，激光器（2）出射的激光耦合到第一光纤（4）并传输到光纤分束器（5），光纤分束器（5）将激光分为三束，经第二光纤（6）和第一光纤聚焦器（9）的激光以一定角度入射到待测运动物体（12）上，经第三光纤（7）和第二光纤聚焦器（10）的激光从第二维度入射到待测运动物体（12）上，经第四光纤（8）和第三光纤聚焦器（11）的激光从第三维度入射到待测运动物体（12）上，其中第二光纤（6）、第三光纤（7）和第四光纤（8）的长度各不相同在三角波电流调制下即实现多维速度信号的准确区分，多路入射激光经待测运动物体（12）散射后，一部分散射光按各自光路反馈回激光器（2），产生激光自混合效应；发生激光自混合效应后的激光被光电探测器（1）接收，并经过微分放大电路（13）放大，随后经过三通道滤波器组（14）和三通道计数器组（15）滤波和计数，单位时间内计数数目即为相应的频率值，分别将各通道信号上升沿和下降沿的频率ν_上升和ν_下降送入计算机（16）处理后得到各维度速度大小及方向，速度V的计算公式为：V＝|ν_上升‑ν_下降|·λ其中，λ为激光器输出激光波长，各光纤聚焦器所在光路的光强变化分量上升沿频率大于下降沿频率时待测运动物体（12）的运动速度方向与激光出射方向相同，各光纤聚焦器所在光路的光强变化分量上升沿频率小于下降沿频率时待测运动物体（12）的运动速度方向与激光出射方向相反。