[其他]光電調(diào)整制反饋激光多普勒測速儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000008397
• 申請日: 1985-11-20
• 公開（公告）號: CN1003254B
• 公開（公告）日: 1989-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史紹熙;王仕康;郭曉明
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 代理公司: 天津大學(xué)專利代理事務(wù)所
• 代理人: 張強;杜秀珍

光電調(diào)制反饋激光多普勒測速儀是一種測試用光學(xué)儀器，它是利用信號反饋原理把光路和電路連接成光電反饋環(huán)路制成的，能大幅度提高光電轉(zhuǎn)換的信噪比，同時又使儀器具有較寬的動態(tài)測試范圍，降低了光電轉(zhuǎn)換器件及電子元器件對頻率特性的要求，因此工藝簡化、成本低。可以廣泛應(yīng)用干流體力學(xué)、燃燒、氣象及海洋等方面的測量。

本發(fā)明涉及一種測試用光學(xué)儀器。

激光多普勒測速儀是用激光照射到流體中的散射粒子質(zhì)點上，測出其散射光的多普勒頻移，然后確定流體的速度。該項技術(shù)應(yīng)用廣泛。在流體力學(xué)、燃燒、氣象及海洋等方面的測量都占有重要的位置。

現(xiàn)有的激光多普勒測速儀由于采用了光學(xué)頻移技術(shù)解決了方向的判別問題。主要頻移器件有旋轉(zhuǎn)光柵（機械驅(qū)動）、聲光調(diào)制器（電驅(qū)動）、電光調(diào)制器（電驅(qū)動）等等。對于一維、二維、三維，以及前向散射、后向散射接收方式，單路頻移裝置等等都具有相同的信號傳輸方式。即光學(xué)發(fā)射部分在流體中產(chǎn)生散射光信號，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換以后進行信號處理，光路和電路之間只有單方向信號轉(zhuǎn)換和傳輸，沒有有機的聯(lián)系。這種開環(huán)的工作方式存在以下的缺點：

1、散射光及光電轉(zhuǎn)換得到的信號頻率范圍，就對應(yīng)流速的變化范圍。所以光電轉(zhuǎn)換器件及信號處理器都要適應(yīng)頻率的變化范圍，頻率響應(yīng)和帶寬要求很高。使這兩個環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。尤其是信號處理器部分的工藝更為復(fù)雜。因此使儀器的成本很高。

2、就信號處理部分而言，要提高信噪比，就要限制帶通濾波器的帶寬，頻帶越窄越好。而為適應(yīng)變化范圍較大的速度測量，又必須加寬頻帶。信噪比低了不僅會使實際測量準(zhǔn)確度降低，還會得到錯誤的測量結(jié)果，甚至得不到結(jié)果。因此，提高信噪比的唯一途徑是提高光路品質(zhì)，而光源功率和光學(xué)器件效率的提高會進一步提高成本。

3、光路和電路的分開，必須分別保證各部分的精度，才能保證整體的精度，這就增加了工藝的復(fù)雜性。

總之，光路與電路的單向聯(lián)系是造成激光多普勒測速儀很多缺點的主要原因。

〔1。.L。.Lading

“Analysis of Signal-to-Noise Ratio of the Laser Dopper Velocimeter”

Opto-Electronics 5 p175-187 1973

2.激光多普勒測速技術(shù)學(xué)術(shù)討論文集

“激光多普勒速度計的發(fā)展”

五智迅（浙江大學(xué)流體力學(xué)教研組）〕

本發(fā)明的任務(wù)就是要提供一種光電調(diào)制反饋激光多普勒測速儀，使其不僅具有現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點還具有如下優(yōu)點：

1.能夠大幅度提高被測信號的信噪比，同時又使儀器具有較寬的動態(tài)測試范圍。

2.降低光電轉(zhuǎn)換器件及電路元器件對頻率特性的要求，可達(dá)十倍以上。

本發(fā)明是以如下方式完成的：利用信號反饋原理把光路和電路連接成光電混合反饋環(huán)路。這一點就是本發(fā)明的核心內(nèi)容。光路中產(chǎn)生光學(xué)頻移的器件必須是電驅(qū)動器件（聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器等）;驅(qū)動源將以由電信號控制。光電轉(zhuǎn)換后的電頻率（或相位）信號經(jīng)比較后產(chǎn)生的偏差作為反饋量輸入到電控驅(qū)動源，使閉環(huán)后，本論被測速度如何變化，都能使散射光及光電轉(zhuǎn)換后的信號頻率為某一常數(shù)（或很接近某一常數(shù)）。濾波器由原來的帶通濾波器改為窄帝濾波器。環(huán)路的反饋量與被測流速之間為單值線性（或接近線性）函數(shù)關(guān)系。

附圖是本發(fā)明的一具體實施方案-并聯(lián)式頻移雙路反饋跟蹤型激光多普勒測速儀（一維前向散射）。附圖中〔1〕He-He激光源，〔2〕分光器，〔3〕〔4〕聲光調(diào)制器，〔5〕〔6〕凸透鏡，〔7〕測量點，〔8〕光欄，〔9〕光電二極管，〔10〕窄帶濾波器，〔11〕鑒相器，（鑒頻器），〔12〕反相器，〔13〕〔14〕電壓控制驅(qū)動源。