一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法技术

本发明专利技术公开了一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法，该方法包括：利用稳频激光器产生的稳频激光进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算稳频激光与该干涉环的角度θ0；利用稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算声光移频器发出的衍射光与该干涉环的角度θ1；根据预设的测风精度计算稳频激光与该干涉环的理论角度θ′0，及声光移频器发出的衍射光与该干涉环的理论角度θ′1；通过对比实际测量角度θ0、θ1与理论角度θ′0、θ′1来实现测风干涉仪测风精度的定标。通过采用本发明专利技术公开的方法，简化了定标的过程，并且定标精度也得到了大幅度的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法
本专利技术涉及测风干涉仪
，尤其涉及一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法。
技术介绍
Fabry-Perot(法布里-珀罗)测风干涉仪基于物理学中的多普勒现象，当被测目标与探测系统处于某种传输介质中，被测目标相对于测量系统具有一定的相对速度，测量系统探测到的频率将会发生改变，其关系式为其中，v0是被测目标在测量传输介质中的传播速度，v是被测目标相对于测量系统的运动速度，f0是被测目标本身的频率，f是测量系统所探测到的频率，当被测目标是朝着探测系统运动，公式中取“+”号，当被测目标是远离被测目标，公式中取“-”号。采用Fabry-Perot干涉仪进行大气风场探测正是采用了这一原理，当采用Fabry-Perot干涉仪测量大气风场时，表达式中的v0取光速值。由于光速c一般会远远大于大气相对于Fabry-Perot干涉仪的相对速度，因此由于相对速度引起的频率变化量与探测目标本身的频率f0相比是一个很小的值，例如大气相对于探测系统的运动速度为500m/s，被测目标选择为氧红线630nm，则对应的波长漂移量为：如果测量精度需要达到5m/s，则波长漂移量为：Δλ＝1.05×10-5nm。一般来说，仪器的定标精度至少要高于仪器的测量精度，因此当波长漂移量为Δλ＝1.05×10-5nm，那么定标系统便需要至少要产生这一数量级的波长漂移量。但是，现有的Fabry-Perot测风干涉仪定标受限于可调谐激光器的调整精度的限制，例如，现有的可调谐激光器其调整步长只能达到Δλ＝5×10-4nm，无法满足定标的需求。另外，还可以通过频率稳定性极高的激光器相对于测量系统产生相对的运动来产生多普勒频移完成，原理如图1所示；但是，采用这种方式进行定标，要求系统具有一个高精度移动的导轨，且对速度控制精度要求也较高，这使得定标系统变得复杂。另一方面，目前的中高层大气风场探测定标的方法大多采用绝对定标加相对定标的方法来完成。当Fabry-Perot测风干涉仪设计加工完成后，单一谱线在系统的探测器中的位置是固定的，例如采用一台稳定性极好的稳频激光器，如果是氦氖激光器，其工作波长为632.8nm，该波长的光通过干涉仪之后在探测器上形成的干涉环的位置是固定不变的，然后再选用另外一种稳定性激光的惰性气体灯，该惰性气体灯所发出的光包含与632.8nm较为相近的特征谱线，并通过窄带干涉滤光片将该谱线滤出使其进入干涉仪，然后便获得了该特征谱线的干涉条纹的位置，通过这两已知谱线干涉条纹的相对位置差便可以标定出该干涉仪所能达到的风场测量精度。另外一种方法是采用精度极高的可调谐激光器，例如首先使激光器的输出波长稳定在630nm，记录此时在探测器上获得的干涉条纹的位置，然后将其波长改变为630.0001nm，再记录此时在探测器上所获取的干涉条纹的位置，通过干涉条纹在探测器上的位置变化量便可以实现Fabry-Perot测风干涉仪的测量精度标定。但是，上述采用相对运动进行定标，定标机构较为复杂，而其控制也存在一定的难度，因此，对定标的结果也会产生一定的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法，简化了定标的过程，并且定标精度也得到了大幅度的提高。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法，该方法包括：基于稳频激光器进行定标实验，利用稳频激光器产生的稳频激光进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算稳频激光与该干涉环的角度θ0；基于声光移频器进行定标实验，利用稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算声光移频器发出的衍射光与该干涉环的角度θ1；根据预设的测风精度计算稳频激光与该干涉环的理论角度θ′0，及声光移频器发出的衍射光与该干涉环的理论角度θ′1；通过对比实际测量角度θ0、θ1与理论角度θ′0、θ′1来实现测风干涉仪测风精度的定标。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，该定标方法采用声光移频器来产生频率(波长)的改变，其优点是声光移频器可以使得频率(波长)的变化量十分的小，通过声光移频器驱动器频率的改变，1级衍射光的频率变化量可以很容易的实现小于由于多普勒效应所引起的变化量；这种定标方法可以提高Fabry-Perot测风干涉仪的定标精度，也使得定标结果更为准确。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术
技术介绍
提供的现有Fabry-Perot测风干涉仪定标方法的示意图；图2为本专利技术实施例一提供的一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法的流程图；图3为本专利技术实施例一提供的一种基于稳频激光器产生的稳频激光进行定标的示意图；图4为本专利技术实施例一提供的一种基于稳频激光器产生的稳频激光进行定标的示意图；图5为本专利技术实施例一提供的一种声光移频技术原理的示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例一Fabry-Perot测风干涉仪通过测量被测目标由于存在相对运动而引起的频率变化进而反演得到被测目标的运动速度，其关系表达式为当光在真空中传播时候有v0＝c。Fabry-Perot测风干涉仪可以测量的最小风速由其设计指标决定，而设计加工完成后如何确定仪器精度是否达到设计要求需要通过定标完成。图2为本专利技术实施例一提供的一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法的流程图。如图2所示，该方法主要包括如下步骤：步骤21、利用稳频激光器产生的稳频激光进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算稳频激光与该干涉环的角度θ0。本步骤基于稳频激光器产生的稳频激光进行定标实验，具体的如图3所示，利用稳频激光器产生的初始波长为λ0的稳频激光进入测风干涉仪，通过探测器获得干涉环数据，获得第2个干涉环到其中心实际位置h0＝a×sinθ0；其中，a为干涉仪成像系统的焦距。由于，h0与a均为已知参数，通过变换公式h0＝a×sinθ0，可以得到θ0的计算公式为：步骤22、利用稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算声光移频器发出的衍射光与该干涉环的角度θ1。本步骤基于声光移频器产生的1级衍射光进行定标实验，具体的如图4所示，为确定仪器的测量精度，将稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器产生波长为λ1的1级衍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Fabry‑Perot测风干涉仪测风精度的定标方法，其特征在于，该方法包括：基于稳频激光器进行定标实验，利用稳频激光器产生的稳频激光进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算稳频激光与该干涉环的角度θ0；基于声光移频器进行定标实验，利用稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算声光移频器发出的衍射光与该干涉环的角度θ1；根据预设的测风精度计算稳频激光与该干涉环的理论角度θ′0，及声光移频器发出的衍射光与该干涉环的理论角度θ′1；通过对比实际测量角度θ0、θ1与理论角度θ′0、θ′1来实现测风干涉仪测风精度的定标。

【技术特征摘要】
1.一种Fabry-Perot测风干涉仪测风精度的定标方法，其特征在于，该方法包括：基于稳频激光器进行定标实验，利用稳频激光器产生的稳频激光进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算稳频激光与该干涉环的角度θ0；基于声光移频器进行定标实验，利用稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算声光移频器发出的衍射光与该干涉环的角度θ1；根据预设的测风精度计算稳频激光与该干涉环的理论角度θ'0，及声光移频器发出的衍射光与该干涉环的理论角度θ'1；通过对比实际测量角度θ0、θ1与理论角度θ'0、θ'1来实现测风干涉仪测风精度的定标。2.根据权利要求1所述的定标方法，其特征在于，所述利用稳频激光器产生的稳频激光进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算稳频激光与该干涉环的角度θ0包括：利用稳频激光器产生的初始波长为λ0的稳频激光进入测风干涉仪，通过探测器获得干涉环数据，获得第2个干涉环到其中心实际位置h0＝a×sinθ0；其中，a为干涉仪成像系统的焦距；从而计算角度θ0：3.根据权利要求1所述的定标方法，其特征在于，所述利用稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器进入测风干涉仪，根据获得的第N个干涉环实际位置计算声光移频器发出的衍射光与该干涉环的角度θ1包括：稳频激光器产生的稳频激光经由声光移频器产生波长为λ1的1级衍射光，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜述松，相里斌，才啟胜，张金刚，谭政，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11