CN106707292B - 一种基于光电振荡的多普勒测速系统 - Google Patents

一种基于光电振荡的多普勒测速系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106707292B
CN106707292B CN201710001030.8A CN201710001030A CN106707292B CN 106707292 B CN106707292 B CN 106707292B CN 201710001030 A CN201710001030 A CN 201710001030A CN 106707292 B CN106707292 B CN 106707292B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupler
port
signal
optical signal
measuring system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710001030.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106707292A (zh
Inventor
韩道福
王�华
李明
闫海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Puyang Photoelectric Technology Industry Research Institute
Original Assignee
Puyang Photoelectric Technology Industry Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Puyang Photoelectric Technology Industry Research Institute filed Critical Puyang Photoelectric Technology Industry Research Institute
Priority to CN201710001030.8A priority Critical patent/CN106707292B/zh
Publication of CN106707292A publication Critical patent/CN106707292A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106707292B publication Critical patent/CN106707292B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4818—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements using optical fibres

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种基于光电振荡的高精度多普勒测速系统。一种基于光电振荡的多普勒测速系统，所述光路部分包括激光器、耦合器一、偏振控制器、环形器、光纤透镜耦合器、强度调制器、第一掺饵光纤耦合器、第二掺饵光纤耦合器、耦合器二，所述的电路部分包括光电探测器、功分器、频谱仪、电脑处理器，经过耦合器二合成的光信号输出并进入光电探测器，所述的光电探测器将带有速度信息的光信号转变为微波信号，微波信号进入功分器并通过功分器将微波信号作为测试信号输入到频谱仪中，频谱仪将信号上传至电脑处理器，电脑处理器通过数据处理，实现待测数据的计算、存储、显示。本系统结构紧凑简单、稳定可靠。

Description

一种基于光电振荡的多普勒测速系统
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种基于光电振荡的高精度多普勒测速系统。
背景技术
对于固体、流体的速度的测量，可以通过多种方式来实现，多普勒频移的测量方式是非接触式测量的较优方式，广泛应用在流体测量、航空航天等诸多领域，更高精度的速度测量无论是在军事还是民用领域都具有广阔的应用前景。由于之前的多普勒速度测量有依赖反射镜和棱镜等空间光信号处理实现物理量的测量的，但是使用了空间光路结构，稳定较差，同时结构复杂，往往设备比较笨重；也有基于全光纤的光频率调制多普勒测速结构，虽然存在结构上的创新，但是系统的稳定性、重复性、精度等实用性能并不好。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题提供一种基于光电振荡的多普勒测速系统，该系统基于高性能激光源，具有较高的性能指标，可以实现高精度的实时参量测量。
本发明提供的技术方案是：
一种基于光电振荡的多普勒测速系统，包括光路部分和电路部分，所述光路部分包括激光器、耦合器一、偏振控制器、环形器、光纤透镜耦合器、强度调制器、第一掺铒光纤耦合器、第二掺铒光纤耦合器、耦合器二；
所述的激光器输出偏振光进入耦合器一中，经过耦合器一将光信号分为两路，其中一路光信号通过第一端口进入环形器，经过环形器的第二端口连接光纤透镜耦合器用于测试待测物体的速度，在获得返回光信号后从环形器(4)的第三端口输出后进入到第一掺铒光纤中进行放大，经放大的光信号输出进入耦合器二中；第二路光信号则由偏振控制器进入强度调制器中，输出的光信号经第二掺铒光纤放大器放大输出之后进入耦合器二中；两路光信号经过耦合器二合成的光信号输出并进入电路部分；
所述的电路部分包括光电探测器、功分器、频谱仪、电脑处理器，经过耦合器二合成的光信号输出并进入光电探测器，所述的光电探测器将带有速度信息的光信号转变为微波信号，微波信号进入功分器并通过功分器将微波信号均分为两路，一路返回输入到强度调制器的微波输入端口，另一路作为测试信号输入到频谱仪中，频谱仪将信号上传至电脑处理器，电脑处理器通过数据处理，实现待测数据的计算、存储、显示。
具体的，所述的耦合器一的分光比为80比20，所述耦合器一的80％的分端口与环形器的第一端口连接，耦合器一的20％的分端口与偏振控制器的输入端口相连接。
优选的，所述激光器为光纤激光器或者是半导体激光器。
具体的，所述耦合器二的分光比为50比50。
具体的，所述的强度调制器是铌酸锂(LiNbO3)材质的光电调制器，其工作波长与激光器的波长相匹配。
具体的，所述功分器的分光比为50比50，分端口一通过高频电缆连接到强度调制器的微波调制输入端口，功分器的分端口二通过高频电缆连接到频谱仪上。
本发明具体原理如下所述
一束Ein(t)的激光输入进强度调制器中，其中光信号可表示如下
Ein1(t)＝E0exp(jωct) (1)
加载在强度调制器上的电压信号为刚开始两路光的拍频信号，表示为ν0(t)
强度调制器上加载的射频微波信号将作用于一路光信号上，使得相应光路上的激光相位增加φ0(t)，
则可调谐标准激光通过光强度调制器后的输出光学函数为Eout(t)，
ωRFO＝ω4/4
ωRF0＝2V/λ (7)
如公式(5)所示，经过强度调制器的载波光信号，由于光电作用产生了n倍的边带，再和第一路光信号产生拍频，有拍频原理可知，返回强度调制器中，形成稳定光电振荡，由于光电探测器的相应频率的限制，在拍频中滤去和频项及二倍频项，紧保留差频项，因此可以得到n倍的ωRF0信号，另一路光信号由光电探测器接收，并输入进频谱仪中，观测差频信号。
在多普勒移频系统中，一般都可以观查到一倍频信号，本发明提供的多普勒测速系统基于光电振荡原理，可以实现高倍频微波信号输出，将测量精度提高了4倍，本系统中可以设计电路采集和处理单元，空间探测采用了光纤透镜耦合器，改变传统空间光传输结构，系统使用方便，结构紧凑简单、稳定可靠。可以获得高精度的测量结果。
附图说明
图1是本发明多普勒测速系统结构图；
图2是待测物体在速度1时频谱仪的4倍频谱图；
图3是待测物体在速度2时频谱仪的4倍频谱图；
图4是待测物体在速度3时频谱仪的4倍频谱图。
1激光器 2偏振控制器 3耦合器一 4环形器 5光纤透镜耦合器 6待测物体 7强度调制器 8第一掺铒光纤放大器 9第二掺铒光纤放大器 10耦合器二 11光电探测器 12功分器 13频谱仪 14电脑。
具体实施方式
如图1所示为一种基于光电振荡的多普勒测速系统的结构示意图，包括光路部分和电路部分，所述光路部分包括激光器1、耦合器一3、偏振控制器2、环形器4、光纤透镜耦合器5、强度调制器7、第一掺铒光纤耦合器8、第二掺铒光纤耦合器9、耦合器二10,激光器1为光纤激光器；所述的电路部分包括光电探测器11、功分器12、频谱仪13、电脑处理器14。分光比为80比20耦合器一3的输入端与光纤激光器1连接，80％的分端口连接环形器4的第一端口，20％的分端口连接偏振控制器2的输入端，偏振控制器2的输出端连接强度调制器7；环形器4的第二端口连接光纤透镜耦合器5用于测试待测物体6的速度，环形器4的第三端口连接第一掺铒光纤放大器8；强度调制器7的输出端连接第二掺铒光纤放大器9，第一掺铒光纤放大器8和第二掺铒光纤放大器9的输出端等功率的输入进50比50耦合器二10的两个分端口，耦合器二10的合束端连接到光电探测器11的光输入端；光电探测器11的电输出端口连接50比50微波功分器12的公共端口，功分器12的一个分端口通过高频电缆连接到强度调制器7的微波调制输入端口，功分器的另一个分端口通过高频电缆连接到频谱仪13上，频谱仪与电脑连接，实现数据通信。
所述的激光器1输出偏振光进入耦合器一3中，经过耦合器一3将光信号分为两路，其中一路光信号通过第一端口进入环形器4，经过环形器4的第二端口连接光纤透镜耦合器5用于测试待测物体6的速度，在获得返回光信号后从环形器4的第三端口输出后进入到第一掺铒光纤8中进行放大，经放大的光信号输出进入耦合器二10中；第二路光信号则由偏振控制器2进入强度调制器7中，输出的光信号经第二掺铒光纤放大器9放大输出之后进入耦合器二10中；两路光信号经过耦合器二10合成的光信号输出并进入电路部分,所述的耦合器一3的分光比为80比20，所述耦合器一3的80％的分端口与环形器4的第一端口连接，耦合器一3的20％的分端口与偏振控制器2的输入端口相连接；
经过耦合器二10合成的光信号输出并进入光电探测器11，所述的光电探测器11将带有速度信息的光信号转变为微波信号，微波信号进入功分器12并通过功分器12将微波信号均分为两路，一路返回输入到强度调制器7的微波输入端口，另一路作为测试信号输入到频谱仪13中，频谱仪13将信号上传至电脑处理器14，电脑处理器14通过数据处理，实现待测数据的计算、存储、显示,所述功分器12的分光比为50比50，分端口一通过高频电缆连接到强度调制器7的微波调制输入端口，功分器的分端口二通过高频电缆连接到频谱仪13上。
由于涉及到空间光耦合，从环形器4的第三端口输出的信号光功率比较微弱，系统中添加了第一掺铒光纤放大器8，对信号光进行合理放大，同样，第二光路中的强度调制器7输出的光信号由于系统中器件的衰减作用，偏振光通过第二掺铒光纤放大器9将光信号放大到等同于第一光路输出的光功率的值，两路光在耦合器二10处耦合输出，将拍频信号输入到光电探测器11进行微波转换。
系统在工作中，第一路光Ein2(t)和第二路光Ein1(t)经过耦合器二10耦合后进入光电探测器11，经过光电探测器11微波转换为频率为ωRF0的信号，ωRF0信号输入进强度调制器7，对光进行强度调制，获得n倍的ωRF0信号和第一光路信号耦合后，获得稳定的4倍频微波信号。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种基于光电振荡的多普勒测速系统，包括光路部分和电路部分，其特征在于，所述光路部分包括激光器(1)、耦合器一(3)、偏振控制器(2)、环形器(4)、光纤透镜耦合器(5)、强度调制器(7)、第一掺铒光纤耦合器(8)、第二掺铒光纤耦合器(9)、耦合器二(10)；
所述的激光器(1)输出偏振光进入耦合器一(3)中，经过耦合器一(3)将光信号分为两路，其中一路光信号通过第一端口进入环形器(4)，经过环形器(4)的第二端口连接光纤透镜耦合器(5)用于测试待测物体(6)的速度，在获得返回光信号后从环形器(4)的第三端口输出后进入到第一掺铒光纤(8)中进行放大，经放大的光信号输出进入耦合器二(10)中；第二路光信号则由偏振控制器(2)进入强度调制器(7)中，输出的光信号经第二掺铒光纤放大器(9)放大输出之后进入耦合器二(10)中；两路光信号经过耦合器二(10)合成的光信号输出并进入电路部分；
所述的电路部分包括光电探测器(11)、功分器(12)、频谱仪(13)、电脑处理器(14)，经过耦合器二(10)合成的光信号输出并进入光电探测器(11)，所述的光电探测器(11)将带有速度信息的光信号转变为微波信号，微波信号进入功分器(12)并通过功分器(12)将微波信号均分为两路，一路返回输入到强度调制器(7)的微波输入端口，另一路作为测试信号输入到频谱仪(13)中，频谱仪(13)将信号上传至电脑处理器(14)，电脑处理器(14)通过数据处理，实现待测数据的计算、存储、显示。
2.根据权利要求1所述基于光电振荡的多普勒测速系统，其特征在于，所述的耦合器一(3)的分光比为80比20，所述耦合器一(3)的80％的分端口与环形器(4)的第一端口连接，耦合器一(3)的20％的分端口与偏振控制器(2)的输入端口相连接。
3.根据权利要求1所述基于光电振荡的多普勒测速系统，其特征在于，所述激光器(1)为光纤激光器或者是半导体激光器。
4.根据权利要求1所述基于光电振荡的多普勒测速系统，其特征在于，所述耦合器二(10)的分光比为50比50。
5.根据权利要求1所述基于光电振荡的多普勒测速系统，其特征在于，所述的强度调制器(7)是铌酸锂(LiNbO3)材质的光电调制器，其工作波长与激光器(1)的波长相匹配。
6.根据权利要求1所述基于光电振荡的多普勒测速系统，其特征在于，所述功分器(12)的分光比为50比50，分端口一通过高频电缆连接到强度调制器(7)的微波调制输入端口，功分器的分端口二通过高频电缆连接到频谱仪(13)上。
CN201710001030.8A 2017-01-03 2017-01-03 一种基于光电振荡的多普勒测速系统 Active CN106707292B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710001030.8A CN106707292B (zh) 2017-01-03 2017-01-03 一种基于光电振荡的多普勒测速系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710001030.8A CN106707292B (zh) 2017-01-03 2017-01-03 一种基于光电振荡的多普勒测速系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106707292A CN106707292A (zh) 2017-05-24
CN106707292B true CN106707292B (zh) 2019-04-26

Family

ID=58906789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710001030.8A Active CN106707292B (zh) 2017-01-03 2017-01-03 一种基于光电振荡的多普勒测速系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106707292B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110687546A (zh) * 2018-07-05 2020-01-14 北京微秒光电技术有限公司 一种采用相位调制器的双光束激光多普勒测速系统
CN108802756B (zh) * 2018-08-09 2021-07-13 常州信息职业技术学院 一种基于声光零耦合器的全光纤激光多普勒测速系统
CN111123286A (zh) * 2020-01-12 2020-05-08 哈尔滨理工大学 一种基于自校准全光纤多普勒电缆长度测试方法及装置
CN112285732B (zh) * 2020-10-16 2024-06-14 南京航空航天大学 光子辅助多普勒雷达探测方法及装置
CN114578095B (zh) * 2022-03-21 2024-04-19 中国工程物理研究院计量测试中心 一种用于多普勒测速系统的校准装置及校准方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1880969A (zh) * 2006-04-18 2006-12-20 中国科学院安徽光学精密机械研究所 基于f－p标准具的多普勒测风激光雷达的结构及其探测方法
CN102004255A (zh) * 2010-09-17 2011-04-06 中国科学院上海技术物理研究所 啁啾调幅激光雷达距离-多普勒零差探测系统
CN104808193A (zh) * 2015-04-29 2015-07-29 中国科学技术大学 基于非偏振分光棱镜的f-p标准具瑞利散射多普勒鉴频装置
CN105093238A (zh) * 2015-09-07 2015-11-25 中国科学技术大学 单腔f-p干涉仪单探测器实现的透反式双边缘测风激光雷达

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2008355731B2 (en) * 2008-04-30 2014-07-17 Optical Air Data Systems, Llc Laser doppler velocimeter
US9784840B2 (en) * 2012-03-23 2017-10-10 Windar Photonics A/S Multiple directional LIDAR system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1880969A (zh) * 2006-04-18 2006-12-20 中国科学院安徽光学精密机械研究所 基于f－p标准具的多普勒测风激光雷达的结构及其探测方法
CN102004255A (zh) * 2010-09-17 2011-04-06 中国科学院上海技术物理研究所 啁啾调幅激光雷达距离-多普勒零差探测系统
CN104808193A (zh) * 2015-04-29 2015-07-29 中国科学技术大学 基于非偏振分光棱镜的f-p标准具瑞利散射多普勒鉴频装置
CN105093238A (zh) * 2015-09-07 2015-11-25 中国科学技术大学 单腔f-p干涉仪单探测器实现的透反式双边缘测风激光雷达

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
激光自混合多普勒测速法;付似愚等;《南昌大学学报(理科版)》;20070630;第31卷(第3期);第264-267页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106707292A (zh) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106707292B (zh) 一种基于光电振荡的多普勒测速系统
CN102680981B (zh) 基于微波光子信号正交锁定的测距方法与装置
CN104316186A (zh) 一种基于光学频率梳的光谱测量方法
CN105547336B (zh) 基于光电振荡环路的光纤光栅传感解调装置和方法
CN103645371A (zh) 一种测量电光相位调制器半波电压的装置和方法
CN104330104A (zh) 一种干涉型传感器臂长差的测量装置
CN106027153A (zh) 基于新型双边带马赫增德尔调制器产生60GHz毫米波的方法
CN104113378A (zh) 半导体光放大器的可调谐微波信号源的装置与方法
CN102798750A (zh) 一种电光调制器的半波电压的测量方法及测量系统
CN108152582A (zh) 一种集成光波导微波信号频率测量系统及测量方法
CN109286124A (zh) 激光线宽压缩方法及系统
CN107727367A (zh) 一种激光器频率噪声测量方法及系统
CN212030564U (zh) 一种光源频移校准辅助通道结构及光纤振动测量装置
CN113315573A (zh) 一种光学辅助的宽带微波瞬时频率测量方法和装置
Xue et al. Large dynamic range optical vector analyzer based on optical single-sideband modulation and Hilbert transform
CN107356412B (zh) 一种基于稀土掺杂光纤折射率的测量系统的测量方法
CN113534106B (zh) 一种微腔光梳激光器、测距装置及测距方法
Morozov et al. Optical vector analyzer based on carrier-suppressed double-sideband modulation and phase-shift fiber Bragg grating
CN106768871A (zh) 基于光开关激光拍频系统测量光纤色散的方法
CN106840609A (zh) 一种基于光电振荡的激光波长自动标定系统
CN203224310U (zh) 布里渊光时域反射仪
CN116481670A (zh) 基于微波光子干涉光纤环路和构造虚拟反射面的蓝宝石光纤法珀温度传感系统及解调方法
CN100451581C (zh) 利用外差干涉法对激光波长进行测量的方法及装置
CN112129229B (zh) 基于光电振荡器的准分布式位移测量装置和方法
CN109669189A (zh) 基于oeo快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant