本发明专利技术公开了一种高精度宽量程的飞秒激光多普勒三维流速传感方法，所述方法包括以下步骤：以频率间隔Δω作为基准探测流体速度产生的多普勒频移；多组接收体扫描测量机构在测量过程中将分别接收一组速度矢量分量序列，多组速度矢量分量序列中的每一个对应元素在全局时钟控制下同步完成信号采集；多接收体扫描测量机构需定位于被测量流场同一点；根据各组接收体扫描测量机构接收到的多普勒频移信号，反演出该方向对应的速度分量，然后将三个速度分量矢量序列进行矢量合成计算，实现流场单点三维速度测量。本发明专利技术以多普勒效应为基本原理对透明流体三维流速进行检测，目的在于实现高精度、宽量程的流体测速，尤其是对深海海水低流速的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及激光多普勒流速传感领域，尤其设及一种高精度宽量程的飞秒激光多 普勒Ξ维流速传感方法。
技术介绍
激光多普勒流速传感方法利用激光多普勒效应为基本测量原理，在激光穿过透明 流体时，在流体中的颗粒表面发生散射，然后接收散射信号，根据其发生的频移反演出流速 的方向和大小，具有非接触测量、不干扰目标运动、空间分辨率高、响应速度快等优点。目前 大多数研究都集中在如何完善相干检测方法，即设计光路实现光波空间混频相干，利用光 电探测器检测拍频信号，即光频外差检测。 但是运种测量方法第一在光路设计上要满足外差检测条件，即检测器光阔对应的 立体角与测量截面积的乘积应该小于波长的平方；第二必须增加频移环节W实现速度方向 的判断，而频移环节的增加无疑给测量系统带来了新的误差源；第Ξ相干检测毕竟是在光 频基础上探测频差，测量速度的范围在原理上受到了光电探测器响应带宽的限制。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高精度宽量程的飞秒激光多普勒Ξ维流速传感方法，本专利技术W 多普勒效应为基本原理对透明流体Ξ维流速进行检测，目的在于实现高精度、宽量程的流 体测速，尤其是对深海海水低流速的测量，详见下文描述： 一种高精度宽量程的飞秒激光多普勒Ξ维流速传感方法，所述飞秒激光多普勒Ξ维流速传感方法包括W下步骤： W频率间隔Δω作为基准探测流体速度产生的多普勒频移； 多组接收体扫描测量机构在测量过程中将分别接收一组速度矢量分量序列，多组 速度矢量分量序列中的每一个对应元素在全局时钟控制下同步完成信号采集；多接收体扫 描测量机构需定位于被测量流场同一点； 根据各组接收体扫描测量机构接收到的多普勒频移信号，反演出该方向对应的速 度分量，然后将Ξ个速度分量矢量序列进行矢量合成计算，实现流场单点Ξ维速度测量。 所述多组接收体扫描测量机构具体为Ξ组接收体扫描测量机构，每组接收体扫描 测量机构的结构包括： 依次通过光信号连接的飞秒激光发生器、半圆柱透镜、会聚透镜、快速控制反射 镜、准直透镜、W及分色镜； 所述分色镜分别连接指示用半导体激光器和光电探测器。 所述根据各组接收体扫描测量机构接收到的多普勒频移信号，反演出该方向对应 的速度分量具体为： 阳01：3] f〇=| I U'(es-e〇) I 其中，为多普勒频移；e。为入射光；U是流体流速；e,为散射光的单位向量；λ为 波长。 所述飞秒激光多普勒Ξ维流速传感方法还包括：光路几何参数标定； 将角锥棱镜通过光片固定于某一位置，通过指示用半导体激光器调整快速控制反 射镜指向角锥棱镜，并记录此时快速控制反射镜的两个偏转角度。 本专利技术提供的技术方案的有益效果是： 针对流速信息观测对研究高精度、宽量程的流速传感新方法的需求，在激光流速 传感研究方向上，摆脱传统光频相干检测和光频直接检测方法框架，利用飞秒激光高重频 稳定度、高时间分辨力和频率分辨力等良好性质，将飞秒激光作为光源引入流速测量，围绕 飞秒激光性能特点，从理论基础、测量装置、数据处理Ξ个方面研究基于飞秒激光的流速传 感新方法，为服务于流速信息观测的流速传感技术开发和测量设备研制提供新思路和技术 方法储备。 本专利技术提出的流速测量方法，克服传统流速传感方法及激光多普勒测速在低流速 测量时难W保证精度的问题，将为海流数据观测质量的提升带来新思路，满足进一步认识 海洋、观测海洋、精细化获取海洋信息等海洋强国建设的内在需求，也将为设及流速测量的 科学技术发展提供传感技术方法储备。【附图说明】 图1为飞秒激光多普勒Ξ维流速传感测量光路示意图； 图2为多组接收体扫描结构分布图； 图3为光路几何参数标定示意图； 图4为激光多普勒测速示意图； 图5为速度分量配准融合示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下： 1:飞秒激光器； 2:半圆柱透镜； 阳027] 3 :会聚透镜； 4 :快速控制反射镜； 阳02引 5 :准直透镜； 6 :分色镜； 7:指示用半导体激光器； 8:光电探测器； 9 :角锥棱镜； 10 :激光跟踪仪； 41 :第一快速控制反射镜； 42 :第二快速控制反射镜； 43:第Ξ快速控制反射镜。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步 地详细描述。 本专利技术实施例介绍了一种利用飞秒激光高重频稳定度、高时间分辨力和频率分辨 力等良好性质，W多普勒效应为基本原理对透明流体Ξ维流速进行检测的新方法，目的在 于实现高精度、宽量程的流体测速，尤其是对深海海水低流速的测量。 1、飞秒激光重频的多普勒效应原理，飞秒激光中包含的频率成分大约为10 6量级， 频谱之间的频率间隔Aω可W锁定到外部微波频标，使其具有10 15量级的频率稳定度，本 专利技术实施例即W此频率间隔Aω作为基准探测流体速度产生的多普勒频移。 2、多组接收体扫描结构如图2所示，为实现Ξ维流速测量，设置多组接收体扫描 机构完成Ξ个散射方向的速度分量测量。时间方面，多组接收体扫描测量机构在测量过程 中将分别接当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高精度宽量程的飞秒激光多普勒三维流速传感方法，其特征在于，所述飞秒激光多普勒三维流速传感方法包括以下步骤：以频率间隔Δω作为基准探测流体速度产生的多普勒频移；多组接收体扫描测量机构在测量过程中将分别接收一组速度矢量分量序列，多组速度矢量分量序列中的每一个对应元素在全局时钟控制下同步完成信号采集；多接收体扫描测量机构需定位于被测量流场同一点；根据各组接收体扫描测量机构接收到的多普勒频移信号，反演出该方向对应的速度分量，然后将三个速度分量矢量序列进行矢量合成计算，实现流场单点三维速度测量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：薛彬，赵拓，杨晓霞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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