双折射激光自混合多普勒测速方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111722244A(43)申请公布日2020.09.29(21)申请号202010532863.9(22)申请日2020.06.12(71)申请人南京森林警察学院地址210023江苏省南京市栖霞区文澜路28号(72)发明人陈俊雹王新猛吴育宝(74)专利代理机构江苏吾索律师事务所32337代理人曾昭昱(51)Int.Cl.G01S17/58(2006.01)G01S7/4911(2020.01)G01S7/4912(2020.01)H03L7/093(2006.01)H03L7/091(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称双折射激光自混合多普勒测速方法(57)摘要本发明公开了双折射激光自混合多普勒测速方法，该方法基于大频差双折射双频He‑Ne激光器的自混合干涉效应，首先利用激光器产生的两个正交偏振激光模式对同一个移动目标探测，同时产生自混合干涉；然后如果想获得两个正交偏振激光模式的自混合干涉信号，需要利用一个沃拉斯特偏振分光棱镜，在系统的探测端将两个模式分开探测，利用两个光电探测器分别进行独立探测，得到多普勒频移混频信号，将混频信号中的差频项可以提取出来，最后利用多普勒频移与速度的线性关系计算出目标实际运动速度。本发明有效扩大了自混合干涉测速技术的可测范围，由于光载微波频率主要取决于激光腔的双折射晶体元件，因此具有很高的稳定性，显著提高了速度测量精度。CN111722244ACN111722244A权利要求书1/1页1.双折射激光自混合多普勒测速方法，其特征在于该方法是基于大频差双折射双频He-Ne激光器的自混合干涉效应，具体包括如下步骤：步骤1：利用双折射双频He-Ne激光器产生的两个正交偏振激光模式对同一个移动目标探测，同时产生自混合干涉；步骤2：如果想获得两个正交偏振激光模式的自混合干涉信号，需要利用一个沃拉斯特偏振分光棱镜，在系统的探测端将两个模式分开探测，利用两个光电探测器分别进行独立探测，光电探测器上接收到的正交偏振模式的输出信号简化为，其中Po0和Pe0表示无光反馈情况下的两个正交偏振模式的平均光强，βo和βe是依赖于固有激光参数，光反馈强度和反射镜反射率的波动系数，fD1和fD2表示多普勒频率，可表示为fD1＝2υνo/c和fD2＝2υνe/c；步骤3:将Po0和Pe0在基于DSP低频信号锁相放大技术的信号处理模块中相乘，得到多普勒频移混频信号如果选择合适滤波带宽低通滤波器，混频信号中的差频项可以提取出来S-(t)＝Mcos(2πΔfDt+Δφ)，其中M表示强度系数，Δφ＝φo-φe是该信号的初始相位；步骤4：利用多普勒频移与速度的线性关系计算出目标实际运动速度，公式如下，2.根据强烈要求1所述的双折射激光自混合多普勒测速方法，其特征在于所述低频在毫赫兹以下。3.根据强烈要求1所述的双折射激光自混合多普勒测速方法，其特征在于所述测速可以针对不同运动类型。4.根据强烈要求3所述的双折射激光自混合多普勒测速方法，其特征在于所述运动类型为匀速运动、匀加速直线运动、正弦运动或者转动。5.根据强烈要求1所述的双折射激光自混合多普勒测速方法，其特征在于所述测速可测量粗糙表面的速度。6.根据强烈要求5所述的双折射激光自混合多普勒测速方法，其特征在于所述粗糙表面包括反光纸、白漆、金属片、硅片。2CN111722244A说明书1/4页双折射激光自混合多普勒测速方法技术领域[0001]本发明属于激光测量技术领域，具体涉及一种双折射激光自混合多普勒测速方法。背景技术[0002]近几十年来，得益于学者们对激光自混合干涉效应的动态特性的深入研究，基于激光自混合干涉原理的多普勒测速技术已经得到了相当成熟的发展。基于激光自混合干涉原理的多普勒测速仪与传统的激光多普勒测速仪相比，不仅具备相似的相位灵敏度和调制深度，还具有自校准和紧凑的光学结构等诸多优点。此外，当激光器工作在适度光反馈状态时，自混合激光多普勒测速仪还可以通过确定非对称干涉条纹的倾斜直观地判别所测速度的方向。因此，它在工业领域具有很大的应用价值。与传统的激光多普勒测速仪相同，自混合激光多普勒测速仪的测量分辨率也依赖于激光频率的稳定性。一般来说，因为对自混合干涉效应的测量方法基本上是对直接光强的普通探测，所以激光多普勒测速仪的测量基准都是光频。然而，在自混合激光多普勒测速技术中，激光频率会受到反馈光的调制，这样就不可避免地引入了一些误差源，对测量基准产生了窜扰。[0003]最近，为了克服由于这种窜扰而引发的测量问题，学者们研究了一种光子学方法来探测自混合多普勒信号。他们使用了一种光注入式的半导体激光器系统作为光源，其光谱中包含两个激光频率，而非传统的单频激光。当激光器工作在周期