專利名稱:雙差動(dòng)聲—光頻移二維激光多普勒測(cè)速儀的制作方法
本發(fā)明屬于一種激光測(cè)速儀激光多普勒測(cè)速儀是60年代中期發(fā)展起來(lái)的，到目前為止，國(guó)內(nèi)外采用雙差動(dòng)式聲-光頻移的二維激光測(cè)速儀尚屬空白。為了判別流速方向得到正確的分量合成，必須采用激光頻移技術(shù)。國(guó)外現(xiàn)多采用單器件光-電子混合式二維方案，它會(huì)帶來(lái)附加的電子混頻噪音，要求頻響高于驅(qū)動(dòng)頻率的光電器件，裝置成本也高，並喪失了光子的實(shí)時(shí)特性。目前國(guó)內(nèi)外只用在一維激光多普勒測(cè)速儀上的單差動(dòng)方式。
相近技術(shù)可參閱1.介紹美國(guó)TSI公司激光多普勒測(cè)速儀產(chǎn)品。
〔Laser Velooimetry Systems，TSI Incerporated 1982〕2.歐州專利 專利號(hào)243266聲光二維流動(dòng)分析器，當(dāng)流體經(jīng)過(guò)激光造成的窄光帶時(shí)，利用粒子的反射光測(cè)量流動(dòng)。
〔Acousto-optieal two dimensional flow analyser-employs light reflecting particles to indicate flow when fluid path Crossed laser Produced thin Sheet of light?！潮景l(fā)明研究出一種雙差動(dòng)聲-光頻移裝置，並用于二維激光多普勒測(cè)速儀上。
本發(fā)明的要點(diǎn)是雙差動(dòng)聲-光頻移二維激光多普勒測(cè)速儀，是由激光器〔1〕、光路、信號(hào)和數(shù)據(jù)處理四部份組成。該光路采用雙差動(dòng)聲-光頻移裝置，即在光路中插入三個(gè)聲-光器件〔6〕，由三組不同工作頻率的晶體振蕩器作驅(qū)動(dòng)源，使三束聲-光頻移入射光之間的差動(dòng)光散射混頻實(shí)現(xiàn)二維流向判別和速度測(cè)量。
附圖 1雙差動(dòng)聲-光頻移二維激光多普勒測(cè)速儀示意圖。
附圖 2三束光的偏振方向及測(cè)量體內(nèi)運(yùn)動(dòng)干涉條紋示意圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
雙差動(dòng)聲-光頻移二維激光多普勒測(cè)速儀可用單色光源，也可用氦氖激光器作光源。其構(gòu)造原理是可將氦氖激光器〔1〕，發(fā)出O.6328μ的光束，經(jīng)過(guò)兩個(gè)1/4波片〔2〕將偏振方向轉(zhuǎn)變?yōu)榕c水平成45度方向，然后經(jīng)中性分光鏡〔3〕分成兩束光。其中一束作為公共光束，另一束經(jīng)偏振分光鏡〔5〕和
鏡〔4〕分成兩束偏振方向互相垂直的平行光束。在三束光的光路上分別插入三個(gè)聲光器件〔6〕，以獲得二維不同頻移量。三通道頻移發(fā)生器〔7〕是由三組晶體振蕩器產(chǎn)生三組不同的工作頻率，供三個(gè)聲-光器件〔6〕作驅(qū)動(dòng)源。將三束一級(jí)衍射光作入射光，通過(guò)入射透鏡〔8〕，將三束衍射光會(huì)聚相交(見(jiàn)圖二)。通過(guò)三束會(huì)聚光交點(diǎn)(即測(cè)量體)的微粒向四周散射光波，接收透鏡〔9〕收集散射光，並由偏振分離器〔10〕將正交偏振光分離開(kāi)，分別送到兩個(gè)光檢測(cè)器〔11〕去。根據(jù)光外差原理，在二個(gè)光檢測(cè)器中得到的多普勒信號(hào)電流的頻率分別為fDA＝ (VA)/(dfA) + fSA，fDB＝ (VB)/(dfB) + fSB式中fSA＝fSⅠ-fSⅡ，fSB＝fSⅠ-fSⅢ，VA，VB分別為A、B方向速度，dfA、dfB為干涉條紋間距，VSA和VSB為條紋運(yùn)動(dòng)速度。依靠驅(qū)動(dòng)頻率fSⅠ、fSⅡ、fSⅢ之間不同的配置，可以得到二維速度的不同的頻移量。其數(shù)值要比驅(qū)動(dòng)頻率本身小得多。因而可用頻響低的光檢測(cè)器直接通過(guò)光外差得到最終的頻移頻率，而不必再用電子混頻方法來(lái)降低頻率。
雙差動(dòng)聲-光頻移二維激光多普勒測(cè)速儀，驅(qū)動(dòng)頻率可圍繞40MHZ中心工作頻率上下變化。依靠三束聲-光頻移光束光散射的雙差動(dòng)混頻，可以大大降低光電器件的頻響要求，並提高信噪比。另由于得到的信號(hào)不會(huì)喪失光子的實(shí)時(shí)特性，所以還可直接用于光子相關(guān)二維速度測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種由激光光源，光路，信號(hào)和數(shù)據(jù)處理四部份構(gòu)成的激光多普勒測(cè)速儀，其特征在于該光路采用通過(guò)三束聲-光頻移入射光之間的差動(dòng)光散射混頻，實(shí)現(xiàn)二維流向判別和速度測(cè)量的雙差動(dòng)聲-光頻移裝置。
2.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種激光測(cè)速儀，其特征在于三束光的光路上分別插入三個(gè)聲光器件。
3.按照權(quán)利要求
2所說(shuō)的一種激光測(cè)速儀，其特征在于所說(shuō)的三個(gè)聲一光器件，是分別由三組不同工作頻率的晶體振蕩器驅(qū)動(dòng)的，並構(gòu)成三通道頻移發(fā)生器。
4.按照權(quán)利要求
3所說(shuō)的一種激光測(cè)速儀，其特征在于所說(shuō)的三通道頻移發(fā)生器，依靠驅(qū)動(dòng)頻率fSⅠ，fSⅡ，fSⅢ之間的不同配置，得到二維速度的不同頻移量。
5.按照權(quán)利要求
4所說(shuō)的一種激光測(cè)速儀，其特征在于驅(qū)動(dòng)頻率圍繞40MHZ的中心工作頻率上下變化。
6.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種激光測(cè)速儀，其特征在于所說(shuō)的光源，為單色光源和氦氖激光器作光源。
7.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種激光測(cè)速儀，其特征在于直接對(duì)散射光進(jìn)行差動(dòng)光混頻的二個(gè)光檢測(cè)器，其頻率響應(yīng)小于驅(qū)動(dòng)頻率。
專利摘要
雙差動(dòng)聲—光頻移二維激光測(cè)速儀，用氦氖激光器作光源。入射光路由兩個(gè)1/4波片，一個(gè)中性分光器，4個(gè)棱鏡，一組偏振分光器，三個(gè)聲—光器件，一臺(tái)三通道頻移發(fā)生器和一個(gè)入射透鏡組成。接收光路由一個(gè)接收透鏡，一個(gè)偏振分離器和兩個(gè)光檢測(cè)器組成。三通道頻移發(fā)生器中有三組晶體振蕩器，通過(guò)三組不同的頻率配置，得到各種頻移頻率。
文檔編號(hào)G01S17/00GK85100063SQ85100063
公開(kāi)日1988年3月9日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者沈熊, 于和生, 王宗森 申請(qǐng)人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan