專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在沖擊波物理和爆轟物理中，經(jīng)常需要測(cè)量速度剖面，目前常采用基于多普勒原理建立的位移干涉儀。做法是將一束激光照射在待測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的表面，反射光因多普勒效應(yīng)而產(chǎn)生了微小的頻率變化，如果將反射光和同源的參考光束做相干探測(cè)，取出反射光和參考光的頻率差，就可以推算出運(yùn)動(dòng)物體表面的運(yùn)動(dòng)速度變化過(guò)程。這是一種非接觸式的， 不會(huì)帶來(lái)干擾的，可連續(xù)進(jìn)行位移、速度和加速度監(jiān)視的測(cè)試技術(shù)。根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)被測(cè)表面向探頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出信號(hào)頻率與被測(cè)速度成正比，被測(cè)速度越大，所需的示波器帶寬就越高，然而國(guó)際上超高帶寬的示波器價(jià)格昂貴，因此超高速度的測(cè)量受實(shí)驗(yàn)成本的限制。目前，波長(zhǎng)為1550nm的單源激光位移干涉儀，采用帶寬為5GHz以下的普通高帶寬示波器，僅能實(shí)現(xiàn)4 km/s以下速度的測(cè)量，然而大于10km/S的超高速加載技術(shù)的快速發(fā)展迫切需要超高速度的測(cè)量技術(shù)，為沖擊波物理、爆轟物理研究提供數(shù)據(jù)支持。此外在短歷程低速測(cè)量時(shí)，由于單源激光位移干涉儀的條紋稀少，導(dǎo)致測(cè)速干涉儀的時(shí)間分辨率低，測(cè)量精度較低，不能很好地還原速度變化細(xì)節(jié)，而不利于干涉測(cè)速的更好發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的單源激光位移干涉儀使用5GHz以下的普通高帶寬示波器無(wú)法測(cè)量大于10 km/s的超高速和在測(cè)量短歷程低速測(cè)量時(shí)時(shí)間分辨率與測(cè)量精度較低的兩個(gè)不足，本發(fā)明提供一種雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，定頻光纖激光器、可調(diào)諧激光器、可調(diào)光纖衰減器I、雙芯光纖探頭、光纖放大器、光纖濾波器、可調(diào)光纖衰減器II、光纖耦合器和光電探測(cè)器通過(guò)光纖連接，尾纖之間通過(guò)法蘭盤(pán)或者熔接法連接，光電探測(cè)器的信號(hào)通過(guò)射頻同軸電纜輸出。所述的定頻光纖激光器輸出適當(dāng)功率的探測(cè)光通過(guò)雙芯光纖探頭的其中一芯照射在被測(cè)表面上，雙芯光纖探頭的另外一芯收集被測(cè)表面反射回來(lái)的信號(hào)光， 雙芯光纖探頭收集的信號(hào)光輸?shù)焦饫w放大器，信號(hào)光經(jīng)光纖放大器放大后通過(guò)光纖濾波器濾掉放大器的本底雜光，可調(diào)光纖衰減器II調(diào)節(jié)信號(hào)光的光強(qiáng)，使信號(hào)光的強(qiáng)度在光電探測(cè)器的最佳工作范圍內(nèi)；可調(diào)諧激光器輸出的參考光，波長(zhǎng)比探測(cè)光的稍短或者稍長(zhǎng)，輸出頻率比探測(cè)光的頻率高或者低幾GHz到幾十GHz，此頻率差可根據(jù)需要調(diào)節(jié)；可調(diào)光纖衰減器I調(diào)節(jié)參考光的強(qiáng)度，使其與信號(hào)光的強(qiáng)度相等，光纖耦合器將來(lái)自可調(diào)光纖衰減器I 和可調(diào)光纖衰減器II的參考光和信號(hào)光耦合后傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，完成不同源的信號(hào)光和參考光之間的相干探測(cè)，輸出攜帶運(yùn)動(dòng)信息的電信號(hào)，信號(hào)由外圍示波器記錄，再經(jīng)信號(hào)頻率分析獲得被測(cè)表面的速度信息。當(dāng)參考光的頻率比探測(cè)光的頻率高時(shí)， 信號(hào)光的頻率隨著被測(cè)表面運(yùn)動(dòng)速度增大而增加，最終趕上并且超過(guò)參考光一定頻率，而干涉信號(hào)的頻率隨著被測(cè)速度的增加先是降低，直至降到零頻后又升高到某一頻率，這樣
3相比單源干涉而言，可以降低高速測(cè)量中干涉信號(hào)的頻率，可以使用普通高帶寬示波器進(jìn)行大于10 km/s的超高速測(cè)量；當(dāng)參考光的頻率比探測(cè)光的頻率低時(shí)，干涉信號(hào)的頻率隨著被測(cè)速度的增加從某一較高初始頻率開(kāi)始上升到最后，增加條紋數(shù)量，這使得低速變化的測(cè)量也具有較高的時(shí)間分辨率和測(cè)量精度。本發(fā)明的有益效果是，利用不同源的信號(hào)光和參考光相干探測(cè)，不僅能大幅度地降低輸出干涉信號(hào)頻率，使5GHz以下的普通高帶寬示波器也能測(cè)量大于10 km/s甚至 20km/s以上的超高速，使高速測(cè)量擺脫了對(duì)超高帶寬示波器的依賴(lài)，大大降低高速實(shí)驗(yàn)成本；而且能將低速運(yùn)動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行頻率上變換，增加條紋數(shù)量，提高低速測(cè)量的時(shí)間分辨率和測(cè)量精度。本發(fā)明的測(cè)速范圍可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，覆蓋了沖擊波物理中當(dāng)前所有力學(xué)加載手段能達(dá)到的速度。此外，本發(fā)明由較少體積小巧的組件構(gòu)成，光束完全在光纖內(nèi)傳輸， 不僅整個(gè)系統(tǒng)有較高的集成度，而且系統(tǒng)成本較低，有利于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.定頻光纖激光器 2.可調(diào)諧激光器器 4.雙芯光纖探頭 5.光纖放大器 6.光纖濾波器 8.光纖耦合器 9.光電探測(cè)器。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，所述的定頻光纖激光器1與雙芯光纖探頭4的其中一芯通過(guò)光纖連接，可調(diào)諧激光器2與可調(diào)光纖衰減器3的一端通過(guò)光纖連接，可調(diào)光纖衰減器3的另一端與光纖耦合器8其中一輸入端通過(guò)光纖連接，雙芯光纖探頭4的另外一芯通過(guò)光纖與光纖放大器5的輸入端連接，光纖放大器5的輸出端與光纖濾波器6通過(guò)光纖連接，光纖濾波器 6與可調(diào)光纖衰減器7通過(guò)光纖連接，可調(diào)光纖衰減器7與光纖耦合器8的另一輸入端通過(guò)光纖連接，光纖耦合器8與光電探測(cè)器9的輸入端通過(guò)光纖連接，尾纖之間通過(guò)法蘭盤(pán)或者熔接法連接。所述的定頻光纖激光器1波長(zhǎng)為1550nm，輸出功率1W，激光譜線寬度小于 IOOkHz ；
所述的可調(diào)諧激光器2中心波長(zhǎng)為1550nm，輸出功率大于20 mW，激光譜線寬度小于 100kHz，調(diào)諧范圍大于40nm，頻率連續(xù)調(diào)諧范圍大于20GHz ；
所述的可調(diào)光纖衰減器3衰減倍數(shù)連續(xù)可調(diào)，最大衰減倍數(shù)不小于100倍； 所述的雙芯光纖探頭4由并排的兩根光纖封裝在陶瓷插針中組成，出光端面鍍1550nm 的增透膜；
所述的光纖放大器5是低噪聲光放大器，中心波長(zhǎng)為1550 nm,飽和輸出功率大于 20mff ；
所述的光纖濾波器6是中心在1550 nm的窄帶濾波器； 所述的可調(diào)光纖衰減器7衰減倍數(shù)連續(xù)可調(diào)，最大衰減倍數(shù)不小于100倍； 所述的光纖耦合器8為2X 1光纖耦合器，將強(qiáng)度相當(dāng)?shù)男盘?hào)光和參考光耦合輸出； 所述的光電探測(cè)器9是高速光電探測(cè)器，頻率響應(yīng)范圍為IOOkHf 12. 5GHz，接收信號(hào)
3.可調(diào)光纖衰減 7.可調(diào)光纖衰減器光和參考光完成光電轉(zhuǎn)化，輸出干涉電信號(hào)到外圍示波器。 所述的雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)的測(cè)速方法的實(shí)施步驟，第一步，所述的定頻光纖激光器1輸出適當(dāng)功率的探測(cè)光通過(guò)雙芯光纖探頭4的其中一芯照射在被測(cè)表面上，雙芯光纖探頭4的另外一芯收集被測(cè)表面反射回來(lái)的信號(hào)光，雙芯光纖探頭4收集的信號(hào)光輸?shù)焦饫w放大器5，信號(hào)光經(jīng)光纖放大器5放大后通過(guò)光纖濾波器6濾掉放大器的本底雜光， 可調(diào)光纖衰減器7調(diào)節(jié)信號(hào)光的強(qiáng)度，使信號(hào)光強(qiáng)度在光電探測(cè)器9的最佳工作范圍內(nèi)； 第二步，可調(diào)諧激光器2輸出的參考光，頻率比探測(cè)光的頻率略高或者略低一定頻率，比如 15GHz，此頻率差可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，可調(diào)光纖衰減器3調(diào)節(jié)參考光的強(qiáng)度使其與衰減后的信號(hào)光強(qiáng)度相等；第三步，光纖耦合器8將來(lái)自可調(diào)光纖衰減器3和可調(diào)光纖衰減器7的參考光和信號(hào)光耦合后傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器9，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，輸出攜帶運(yùn)動(dòng)信息的干涉電信號(hào)， 信號(hào)由外圍示波器記錄，再經(jīng)信號(hào)頻率分析獲得被測(cè)表面的速度信息。
權(quán)利要求
1.一種雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)包括定頻光纖激光器(1)、可調(diào)諧激光器O)、可調(diào)光纖衰減器(3)、雙芯光纖探頭G)、光纖放大器 (5)、光纖濾波器(6)、可調(diào)光纖衰減器(7)、光纖耦合器(8)和光電探測(cè)器(9)；定頻光纖激光器(1)與雙芯光纖探頭的其中一芯通過(guò)光纖連接，可調(diào)諧激光器( 與可調(diào)光纖衰減器(3)的一端通過(guò)光纖連接，可調(diào)光纖衰減器(3)的另一端與光纖耦合器(8)其中一輸入端通過(guò)光纖連接，雙芯光纖探頭的另外一芯通過(guò)光纖與光纖放大器(5)的輸入端連接，光纖放大器( 的輸出端與光纖濾波器(6)通過(guò)光纖連接，光纖濾波器(6)與可調(diào)光纖衰減器(7)通過(guò)光纖連接，可調(diào)光纖衰減器(7)與光纖耦合器(8)的另一輸入端通過(guò)光纖連接，光纖耦合器(8)的輸出端與光電探測(cè)器(9)的輸入端通過(guò)光纖連接，尾纖之間通過(guò)法蘭盤(pán)或者熔接法連接，光電探測(cè)器(9)的信號(hào)通過(guò)射頻同軸電纜輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的定頻光纖激光器(1)的輸出譜線寬度小于IOOkHz ；所述的可調(diào)諧激光器(2)的輸出波長(zhǎng)在定頻光纖激光器(1)輸出波長(zhǎng)的士20nm范圍內(nèi)可調(diào)，輸出頻率連續(xù)調(diào)諧范圍大于20GHz，且輸出譜線寬度小于IOOkHz ；所述的雙芯光纖探頭⑷的輸出端面鍍?cè)鐾改?；所述的光電探測(cè)器(9)的低頻截至頻率小于100 kHz，3dB帶寬大于10 GHz。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙源激光干涉測(cè)速系統(tǒng)，所述的測(cè)速系統(tǒng)包括定頻光纖激光器、可調(diào)諧激光器、可調(diào)光纖衰減器、雙芯光纖探頭、光纖放大器、光纖濾波器、光纖耦合器和光電探測(cè)器組成。所述的測(cè)速系統(tǒng)采用不同源不同頻率的光束相干涉，借助多普勒效應(yīng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)表面速度。所述的測(cè)速系統(tǒng)一方面具備頻率下變換功能，可以大幅度地降低高速測(cè)量對(duì)示波器帶寬的要求，具有相當(dāng)寬的可調(diào)節(jié)的速度覆蓋范圍；另一方面具備頻率上變換功能，使低速的測(cè)量同時(shí)具有較高的時(shí)間分辨率和測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01S17/58GK102419442SQ20111026052
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者傅秋衛(wèi), 葉素華, 李加波, 汪小松, 王為, 王翔, 翁繼東, 賈路峰, 陳宏 , 陶天炯 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所