CN108469531A - 基于多普勒效应的双重修正式测速传感器及标定与测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于多普勒效应的双重修正式测速传感器及标定与测量方法，所述测速传感器包括有激光束，分光镜一将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一通过三角反射镜反射至分光镜二，分光镜二使得激光束一分为激光束三与激光束四，激光束三入射至棱镜一，光电探测器一接收棱镜一射出的激光束三，同时光电探测器二接收所述激光束四，光电探测器三接收棱镜二透射出的激光束二的位置。本发明利用光电探测器二和三测得的位置变化量对光电探测器一测得的位置变化量进行修正，可以提高测量精度。

Description

基于多普勒效应的双重修正式测速传感器及标定与测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种基于多普勒效应的双重修正式测速传感器及标定与测量方法。

背景技术

近年来，随着半导体激光器与光电探测器的出现，使得激光三角法测量成为可能并且得以广泛应用。激光三角法测量是凭借三角波光学器件和高精度PSD(PositionSensitive Device，位置灵敏(敏感)探测器)，在物体进行了小幅运行时，通过光学三角进行放大，水平运行在光电探测器(PSD)上放大距离，从而在小范围内实现高精度的位移或速度测量。多普勒效应是波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象，因此，利用多普勒效应可以进行速度(大小)测量。然而速度是矢量，目前市面上的测速传感器在计算速度时，无法修正因为物体的运动方向使得自身光路产生的偏差，使得被测物体的速度计算出现误差，或是无法对运动过程中，激光器自身射出的激光束发生波长变化导致出现的测量误差进行修正。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于多普勒效应的双重修正式测速传感器及标定与测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，包括：

可随被测物体同步移动的三角反射镜，包括第一反射面和第二反射面；

激光器，用于发射出激光束；

所述激光束，入射至分光镜一；

所述分光镜一，用于接收激光器发射出的激光束，并将激光束分为激光束一与激光束二；

所述激光束一，入射至三角反射镜的所述第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面；

分光镜二，接收第二反射面反射的激光束一，并将激光束一分为激光束三与激光束四；

所述激光束三，入射至棱镜一；

所述棱镜一，用于使入射的激光束三发生折射，并透射出去；

光电探测器一，用于接收从所述棱镜一中透射出的激光束三，并测量其入射位置；

光电探测器二，用于接收从所述分光镜二中透射出的激光束四，并测量其入射位置；

所述激光束二，入射至棱镜二；

所述棱镜二，使激光束二发生折射，并透射出去；

光电探测器三，用于接收从所述棱镜二中透射出的激光束二，并测量其入射位置；

处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束三的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束四的入射位置的变化量、光电探测器三接收到的激光束二的入射位置的变化量，计算被测物体的速度。

在进一步的方案中，所述三角反射镜附着在被测物体上。通过直接将三角反射镜固定在被测物体上，既能达到波源和观察者相对位置发生变动的目的，又实现反射激光随着被测物体的移动而同步运动。

在进一步的方案中，第二反射面反射的激光束一呈45°入射至分光镜二；和/或，激光器发射的激光束呈45°入射至分光镜一。

在进一步的方案中，所述三角反射镜的第一反射面与第二反射面的夹角为直角。第一反射面与第二反射面的夹角为直角时，入射至第一反射面的入射光线和从第二反射面出射的光线平行，从而有利于系统中各部件的布置，使整体结构尽可能小型化，也方便于被测物体的速度计算。

在进一步的方案中，所述棱镜一与棱镜二的材质均为光子晶体。光子晶体可以减少光的色散与衰弱。

在进一步的方案中，所述棱镜一包括棱镜面一与棱镜面二，所述棱镜面一与棱镜面二相接，其夹角为锐角,所述经分光镜二分射出的激光束三射入棱镜一的棱镜面一，并发生折射，发生折射后的激光束三射入棱镜面二时，棱镜面二使得激光束三再次发生折射，并使激光束三从棱镜面二射出。

在另一个的方案中，所述棱镜二包括棱镜面三与棱镜面四，所述棱镜面三与棱镜面四相接，其夹角为锐角,所述经分光镜一分射出的激光束二射入棱镜二的棱镜面三，并发生折射，发生折射后的激光束二射入棱镜面四时，棱镜面四使得激光束二再次发生折射，并使激光束二从棱镜面四射出。

在进一步的方案中，光电探测器一的接收面与经三角反射镜的第二反射面反射的激光束一平行；和/或，光电探测器二的接收面与经三角反射镜的第二反射面反射的激光束一垂直；和/或，光电探测器三的接收面与激光器发射的激光束平行。

在进一步的方案中，所述棱镜一与棱镜二的结构一致；和/或，棱镜一与棱镜二关于三角反射镜对称设置。

另一方面，本发明同时提出基于多普勒效应的双重修正式测速传感器的位置变化量与运动速度标定方法，步骤如下：

步骤一：在被测物体上设置三角反射镜，使得三角反射镜可与被测物体同步运行；

步骤二：：调整激光器、分光镜一、分光镜二、三角反射镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三的位置关系，使得激光束入射至分光镜一，所述分光镜一将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射至三角反射镜的第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面，经第二反射面反射后入射分光镜二，所述分光镜二将激光束一分为激光束三与激光束四，所述激光束三入射棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，所述激光束四入射至光电探测器二，所述激光束二入射至棱镜二，经棱镜二透射后被光电探测器三接收；

步骤三：在标准运动方向下，给定大小不同的速度V1、V2、V3…Vn,记录对应速度下的光电探测器一的位置变化量X1、X2、X3…Xn，记录对应速度下的光电探测器二的位置变化量Y1、Y2、Y3…Yn,记录对应速度下的光电探测器三的位置变化量Z1、Z2、Z3…Zn,修正后的光电探测器的位置变化量为X1-kY1-dZ1、X2-kY2-dZ2、X3-kY3-dZ3…Xn-kYn-dZn，通过非线性拟合获得标准运动方向下，运动速度与光电探测器的位置变化量的公式和/或关系曲线；

其中，α2为入射至光电探测器二的激光束四与光电探测器二的接收面的夹角，α1为入射至光电探测器一的激光束三与光电探测器一的接收面的夹角，α3为入射至光电探测器三的激光束二与光电探测器三的接收面的夹角，L1为棱镜一出射的激光束三入射到光电探测器一的路径长度，L3为棱镜二出射的激光束二入射到光电探测器三的路径长度。

另一方面，本发明提供一种上述基于多普勒效应的双重修正式测速传感器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

在被测物体上设置三角反射镜，使得三角反射镜可与被测物体同步运行；

调整激光器、分光镜一、分光镜二、三角反射镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三的位置关系，使得激光束入射至分光镜一，所述分光镜一将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射至三角反射镜的第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面，经第二反射面反射后入射分光镜二，所述分光镜二将激光束一分为激光束三与激光束四，所述激光束三入射棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，所述激光束四入射至光电探测器二，所述激光束二入射至棱镜二，经棱镜二透射后被光电探测器三接收；

被测物体沿靠近或远离激光器的方向做不规则运行，且运动过程中激光器发射的激光束沿同一光路传输至分光镜一，而分光镜一分射出的激光束一沿同一光路传输至三角反射镜的第一反射面，同时分射出的激光束二沿同一光路传输至棱镜二的同一位置；

根据光电探测器一接收到的激光束三的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束四的入射位置的变化量、光电探测器三接收到的激光束二的入射位置的变化量，通过标定方法获得的运动速度与光电探测器的位置变化量的公式和/或关系曲线，计算被测物体的速度。

与现有技术相比，使用本发明提供的一种基于多普勒效应的的双重修正式测速传感器及其测量方法，其有益效果为：本发明通过多普勒效应：指物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，同时根据棱镜对不同波长的激光折射角不同，根据光电探测器一接收到的激光束三的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束四的入射位置的变化量、光电探测器三接收到的激光束二的入射位置的变化量，通过标定方法获得的运动速度与光电探测器的位置变化量的公式和/或关系曲线，计算被测物体的速度。本发明测速传感器结构简单，成本低，并且修正了因为物体的运动方向不规则而使得自身光路产生的偏差导致的测量误差，避免了被测物体在其它方向上的位移对速度测量的影响，也修正了激光器本身射出的激光束的波长发生变化导致的误差，测量精度较传统方法有显著提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种基于多普勒效应的双重修正式测速传感器的结构示意图。

图2为用光电探测器二的测量值修正不规则运动导致的误差导致的误差的原理分析图。

图3为用光电探测器三的测量值修正激光器发射的激光束波长变化导致的误差导致的误差的原理分析图。

图中标记说明

激光器1，激光束2，激光束一21，激光束二22，激光束三23，激光束四24，分光镜一3，分光镜二4，三角反射镜,5，被测物体6，第一反射面51，第二反射面52，棱镜一7，棱镜面一71，棱镜面二72，棱镜二8，棱镜面三81，棱镜面四82，光电探测器一9，光电探测器二10，光电探测器三11。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本文中所述的标准运动方向是指，被测物体的运动方向与激光源的激光方向相同；不规则运行方向是指，在被测物体向激光源靠近或远离的运动过程中，除标准运动方向以外的方向。

请参阅图1，本实施例示意性地公开了一种基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，包括激光器1，激光束2，激光束一21，激光束二22，激光束三23，激光束四24，分光镜一3，分光镜二4，三角反射镜5，被测物体6，第一反射面51，第二反射面52，棱镜一7，棱镜面一71，棱镜面二72，棱镜二8，棱镜面三81，棱镜面四82，光电探测器一9，光电探测器二10，光电探测器三11。其中三角反射镜5随着被测物体6同步移动。

本新型基于多普勒效应的双重修正式测速传感器中：

激光器1发射出激光束2，所述激光束2，入射至分光镜一3；所述分光镜一3，将激光束2分为激光束一21与激光束二22；所述激光束一21，入射至三角反射镜5的第一反射面51，经第一反射面51反射后入射至第二反射面52；分光镜二4，接收第二反射面52反射的激光束一21，并将激光束一21分为激光束三23与激光束四24；激光束三23，入射至棱镜一7；所述棱镜一7包括棱镜面一71与棱镜面二72，所述经分光镜二4反射出的激光束三23射入棱镜面一71，并发生折射，发生折射后的激光束三23射入棱镜面二72，棱镜面二72使得激光束三23再次发生折射，并使激光束三23从棱镜面二72射出；光电探测器一9，接收从所述棱镜一7中透射出的激光束三23，并测量其入射位置；光电探测器二10，接收从所述分光镜二4中透射出的激光束四24，并测量其入射位置；所述激光束二22，入射至棱镜二8；所述棱镜二8包括棱镜面三81与棱镜面四82，激光束二22射入棱镜二8的棱镜面三81，并发生折射，发生折射后的激光束二22射入棱镜面四82，棱镜面四82使得激光束二22再次发生折射，并使激光束二22从棱镜面四82射出。光电探测器三11，接收从所述棱镜二8中透射出的激光束二22，并测量其入射位置。处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束三的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束四的入射位置的变化量、光电探测器三接收到的激光束二的入射位置的变化量，计算被测物体的速度。

如图1所示，箭头方向为被测物体与三角反射镜的运动方向，被测物体与三角反射镜运动前的位置用实线表示，被测物体与三角反射镜运动后的位置用虚线表示。另外的，光电传感器一9、光电传感器二10、光电探测器三11均采用PSD(位置敏感传感器)，运动前的激光束一21、激光束二22、激光束三23、激光束四24用实线表示，运动后的激光束一21、激光束二22、激光束三23、激光束四24用虚线表示，激光束一21、激光束二22、激光束三23、激光束四24的传输路径如下：

运动前，激光器1发射出激光束2，所述激光束2，入射至分光镜一3；所述分光镜一3，将激光束2分为激光束一21与激光束二22；所述激光束一21，入射至三角反射镜5的第一反射面51，经第一反射面51反射后入射至第二反射面52；分光镜二4，接收第二反射面52反射的激光束一21，并将激光束一21分为激光束三23与激光束四24；激光束三23，入射至棱镜一7；所述棱镜一7包括棱镜面一71与棱镜面二72，所述经分光镜二4分射出的激光束三23射入棱镜面一71，并发生折射，发生折射后的激光束三23射入棱镜面二72，棱镜面二72使得激光束三23再次发生折射，并使激光束三23从棱镜面二72射出；光电探测器一9，接收从所述棱镜一7中透射出的激光束三23，并测量其入射位置。此时此处记为第一入射位置。

同时，光电探测器二10，接收从所述分光镜二4中分射出的激光束四24，并测量其入射位置。此时此处记为第二入射位置。

同时，所述激光束二22，入射至棱镜二8；所述棱镜二8包括棱镜面三81与棱镜面四82，激光束二22射入棱镜二8的棱镜面三81，并发生折射，发生折射后的激光束二22射入棱镜面四82，棱镜面四82使得激光束二22再次发生折射，并使激光束二22从棱镜面四82射出。光电探测器三11，接收从所述棱镜二8中透射出的激光束二22，并测量其入射位置。此时此处记为第三入射位置。

运动后(被测物体沿靠近或远离激光器的方向做不规则运动)，激光器1发射出激光束2，所述激光束2，入射至分光镜一3；所述分光镜一3，将激光束2分为激光束一21与激光束二22；所述激光束一21，入射至三角反射镜5的第一反射面51，经第一反射面51反射后入射至第二反射面52；分光镜二4，接收第二反射面52反射的激光束一21，并将激光束一21分为激光束三23与激光束四24；激光束三23，入射至棱镜一7；所述棱镜一7包括棱镜面一71与棱镜面二72，所述经分光镜二4分射出的激光束三23射入棱镜面一71，并发生折射，发生折射后的激光束三23射入棱镜面二72，棱镜面二72使得激光束三23再次发生折射，并使激光束三23从棱镜面二72射出；光电探测器一9，接收从所述棱镜一7中透射出的激光束三23，并测量其入射位置。此时此处记为第四入射位置。

同时，光电探测器二10，接收从所述分光镜二4中分射出的激光束四24，并测量其入射位置。此时此处记为第五入射位置。

同时，所述激光束二22，入射至棱镜二8；所述棱镜二8包括棱镜面三81与棱镜面四82，激光束二22射入棱镜二8的棱镜面三81，并发生折射，发生折射后的激光束二22射入棱镜面四82，棱镜面四82使得激光束二22再次发生折射，并使激光束二22从棱镜面四82射出。光电探测器三11，接收从所述棱镜二8中透射出的激光束二22，并测量其入射位置。此时此处记为第六入射位置。

根据第一入射位置与第四入射位置即可计算得到激光束三在光电探测器一上的的入射位置变化量，根据第二入射位置与第五入射位置即可计算得到激光束四在光电探测器二上的的入射位置变化量，根据第三入射位置与第六入射位置即可计算得到激光束二在光电探测器三上的的入射位置变化量，光电探测器二测得的入射位置变化量即为被测物体的因不规则移动而导致的偏差，光电探测器三测得的入射位置变化量即为激光器发射的激光束波长变化而导致的偏差，通过测得的两个偏差修正光电探测器一测得的入射位置变化量，即可得到较为准确的被测物体的运动速度的大小。

多普勒频移公式如下：

观察者和发射源的频率关系为公式1所示：

f’为观察到的频率；

f为发射源于该介质中的原始发射频率；

v为波在该介质中的行进速度；

v₀为观察者移动速度，若接近发射源则前方运算符号为+号,反之则为-号；

v_s为发射源移动速度，若接近观察者则前方运算符号为-号，反之则为+号。

对于本发明而言，激光发射源静止不动，则多普勒频移公式可以简化为公式2：

由于光学材料折射率与光的波长属于非线性关系，因此本发明提出位置变化量与运动速度标定方法。步骤如下：

步骤一：在被测物体上设置三角反射镜，使得三角反射镜可与被测物体同步运行；

步骤二：调整激光器、分光镜一、分光镜二、三角反射镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三的位置关系，使得激光束入射至分光镜一，所述分光镜一将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射至三角反射镜的第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面，经第二反射面反射后入射分光镜二，所述分光镜二将激光束一分为激光束三与激光束四，所述激光束三入射棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，所述激光束四入射至光电探测器二，所述激光束二入射至棱镜二，经棱镜二透射后被光电探测器三接收；

步骤三：在标准运动方向下，给定大小不同的速度V1、V2、V3…Vn,记录对应速度下的光电探测器一的位置变化量X1、X2、X3…Xn，记录对应速度下的光电探测器二的位置变化量Y1、Y2、Y3…Yn,记录对应速度下的光电探测器三的位置变化量Z1、Z2、Z3…Zn,修正后的光电探测器的位置变化量为X1-kY1-dZ1、X2-kY2-dZ2、X3-kY3-dZ3…Xn-kYn-dZn，通过非线性拟合获得标准运动方向下，运动速度与光电探测器的位置变化量的公式和/或关系曲线；

其中，α2为入射至光电探测器二的激光束四与光电探测器二的接收面的夹角，α1为入射至光电探测器一的激光束三与光电探测器一的接收面的夹角，α3为入射至光电探测器三的激光束二与光电探测器三的接收面的夹角，L1为棱镜一出射的激光束三入射到光电探测器一的路径长度，L3为棱镜二出射的激光束二入射到光电探测器三的路径长度。

在实际应用中，即可根据上述标定方法得到的公式或关系曲线，及光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三测得的入射位置变化量，得到被测物体的运动速度。

如图2所示(图中PSD1与棱镜之间的位于上方的实线为等效线)，由于被测物体运动方向的不规则，使得在运动的过程中，三角反射镜的第二反射面反射的激光束一不能沿原光路入射至分光镜二，继而使得分光镜二反射的激光束三不能沿原光路入射至棱镜一的棱镜面一，而是发生了一定的偏移(图中所示的t)，导致棱镜一透射后的激光束三在光电探测器一的入射位置，相比于沿标准运动方向运动时，发生了偏移，偏移量为图中所示的x1,使得光电探测器一实际探测到的位移变化量(假设为x)，既受激光波长变化所致，也受运动方向不规则所致，因此要消除运动方向不规则性导致的计算误差。由图2可知，因此有即对光电探测器一实际探测到的位移变化量x进行修正，修正后的位移量为：α2为入射至光电探测器二的激光束四与光电探测器二的接收面的夹角，α1为入射至光电探测器一的激光束三与光电探测器一的接收面的夹角。

如图3所示，当激光器发射的激光束发生波长变化时，在运动过程中，相比于激光束波长未变化的运动过程，光电探测器一的入射激光束的入射点发生了偏移，偏移量为图中所示的x11,使得光电探测器一实际探测到的位移变化量(假设为x)，既受多普勒效应的激光波长变化所致，也受激光器本身的波长变化所致，因此要消除激光器本身波长变化导致的计算误差。由图3可知，由于实际过程中β非常小，因此有sin(β)≈β，sin(α1-β)≈sin(α1)，sin(α3-β)≈sin(α3)，继而上述两个等式可近似为则有即对光电探测器一实际探测到的位移变化量x进行修正，修正后的位移量为：α3为入射至光电探测器三的激光束二与光电探测器三的接收面的夹角，L1为棱镜一出射的激光束三入射到光电探测器一的路径长度，L3为棱镜二出射的激光束二入射到光电探测器三的路径长度。

因此，在实际应用中，当光电探测器一测得入射位置变化量为x后，还要用x1、x11进行修正，即修正后的位移量为x-x1-x11，再用修正后的位移量及标定得到的公式或关系曲线，即可准确计算出被测物体的运动速度。

作为一种较优的实施方式，所述第一反射面51与第二反射面52的夹角为直角。容易理解的，此处将第一反射面5与第二反射面52的夹角设置为直角是为了便于各部件的布置，尽可能减小整个设备的尺寸，及方便被测物体运动速度的计算，在保证激光束一21入射至三角反射镜5的所述第一反射面51，经第一反射面51反射后入射至所述第二反射面52，第二反射面52可以将激光束一21反射至分光镜二4的情况下，不限制第一反射面与第二反射面的夹角度数。

作为一种较优的实施方式，三角反射镜5附着在被测物体6上，三角反射镜随着被测物体的移动而移动。通过直接将三角反射镜固定在被测物体上，既能达到波源和观察者相对位置发生变动的目的，又实现反射激光随着被测物体的移动而同步运动。

作为一种较优的实施方式，棱镜面一71与棱镜面二72呈锐角相接。在保障激光束三23入射棱镜7，棱镜7使所述激光束三23发生折射，并透射出去后，激光束三23仍然能入射光电探测器一9的情况下，不限制棱镜面一71与棱镜面二72的夹角度数。

作为一种较优的实施方式，所述棱镜面三81与棱镜面82四相接，其夹角为锐角。在保障激光束二22入射棱镜二8，棱镜二8使所述激光束二22发生折射，并透射出去后，激光束二22仍然能入射光电探测器三11的情况下，不限制棱镜面三81与棱镜面四82的夹角度数。

作为一种较优的实施方式，所述棱镜7与棱镜8的材质优选为光子晶体。此处采用光子晶体是为了减少光的色散与衰弱，在保证激光束三23仍能入射至光电探测器一9，并且激光束二22能入射光电探测器三11的情况下，对棱镜的材质不做限制。

作为一种较优的实施方式，所述棱镜一7与棱镜二8的结构一致；和/或，棱镜一与棱镜二关于三角反射镜对称设置，便于布置。

作为一种较优的实施方式，光电探测器一的接收面与经三角反射镜的第二反射面反射的激光束平行，光电探测器二的接收面与经三角反射镜的第二反射面反射的激光束垂直，光电探测器三的接收面与光电探测器一的接收面平行，或者光电探测器三的接收面与激光器发射的激光束平行。容易理解的，此处的设置是为了减小整个设备的尺寸，及方便被测物体运动速度的计算，此处不限制光电探测器的摆放角度。

作为一种较优的实施方式，分光镜二的摆放位置宜满足：第二反射面反射的激光束一呈45°入射至分光镜二；和/或，激光器发射的激光束呈45°入射至分光镜一，这样便于布置，也使得测速传感器的整体结构美观，当然分光镜及棱镜的摆放位置也可以没有特殊限定。

上述本实施例中提供的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其基于多普勒效应的实现，整个测速传感器的结构简单，成本低，且测量精度高。

基于上述基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其测量方法包括以下步骤：

步骤一：

在被测物体上设置三角反射镜，使得三角反射镜可与被测物体同步运行；

步骤二：

调整激光器、分光镜一、分光镜二、三角反射镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三的位置关系，使得激光束入射至分光镜一，所述分光镜一将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射至三角反射镜的第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面，经第二反射面反射后入射分光镜二，所述分光镜二将激光束一分为激光束三与激光束四，所述激光束三入射棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，所述激光束四入射至光电探测器二，所述激光束二入射至棱镜二，经棱镜二透射后被光电探测器三接收；

步骤三：

被测物体沿靠近或远离激光器的方向做不规则运行，且运动过程中激光器发射的激光束沿同一光路传输至分光镜一，而分光镜一分射出的激光束一沿同一光路传输至三角反射镜的第一反射面，同时分射出的激光束二沿同一光路传输至棱镜二的同一位置；

步骤四：

根据光电探测器一接收到的激光束三的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束四的入射位置的变化量、光电探测器三接收到的激光束二的入射位置的变化量，通过标定方法获得的运动速度与光电探测器的位置变化量的公式和/或关系曲线，计算被测物体的速度。

当被测物体不是按照标准运动方向运行，激光器发射的激光束不发生波长变化时，光电探测器一上的入射位置变化量由两个因素决定，即被测物体的运行速度(大小)和运行方向，本实施例方案中，通过光电探测器二测得的入射位置变化量即可测得运动方向导致的位置变化，因此，利用光电探测器二测得的数据对光电探测器一测得的数据进行修正，即可消除运动方向对光电探测器一的数据的影响，进而提高测量的准确度。

同时，由于光电探测器三接收的是激光束二的入射位置，而激光束二与被测物体的运动无关，即激光束二的波长即为激光器发射的激光束的波长，因此，通过光电探测器三接收激光束二，若激光束二的入射位置没有变化(即变化量为零)，则可以说明激光器发射的激光束的波长保持不变，若激光束二的入射位置有变化(即变化量不为零)，则可以说明激光器发射的激光束的波长发生了变化。

当被测物体按照标准运动方向运行，激光器发射的激光束发生波长变化时，光电探测器一上的入射位置变化量由两个因素决定，即被测物体的运行速度(大小)和激光器发射的激光束的波长，本实施例方案中，通过光电探测器三测得的入射位置变化量即可测得激光束波长变化导致的位置变化，因此，利用光电探测器三测得的数据对光电探测器一测得的数据进行修正，即可消除激光源发射的激光束的波长变化对光电探测器一的数据的影响，进而提高测量的准确度。

当被测物体不是按照标准运动方向运行，并且激光器发射的激光束发生波长变化时，光电探测器一上的入射位置变化量由三个因素决定，即被测物体的运行速度(大小)、被测物体的运动方向、激光器发射的激光束的波长，本实施例方案中，通过光电探测器二测得的入射位置变化量即可测得运动方向导致的位置变化，并且通过光电探测器三测得的入射位置变化量即可测得激光束波长变化导致的位置变化，因此可以利用利用光电探测器二测得的数据对光电探测器一测得的数据进行修正，即可消除运动方向对光电探测器一的数据的影响，进行第一次修正，再利用利用光电探测器三测得的数据对经过第一次修正的数据进行第二次修正，进而提高测量的准确度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其特征在于，包括：

可随被测物体同步移动的三角反射镜，包括第一反射面和第二反射面；

激光器，用于发射出激光束；

所述激光束，入射至分光镜一；

所述分光镜一，用于接收激光器发射出的激光束，并将激光束分为激光束一与激光束二；

所述激光束一，入射至三角反射镜的所述第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面；

分光镜二，接收第二反射面反射的激光束一，并将激光束一分为激光束三与激光束四；

所述激光束三，入射至棱镜一；

所述棱镜一，用于使入射的激光束三发生折射，并透射出去；

光电探测器一，用于接收从所述棱镜一中透射出的激光束三，并测量其入射位置；

光电探测器二，用于接收从所述分光镜二中透射出的激光束四，并测量其入射位置；

所述激光束二，入射至棱镜二；

所述棱镜二，使激光束二发生折射，并透射出去；

光电探测器三，用于接收从所述棱镜二中透射出的激光束二，并测量其入射位置；

处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束三的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束四的入射位置的变化量、光电探测器三接收到的激光束二的入射位置的变化量，计算被测物体的速度。

2.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其特征在于，所述三角反射镜附着在被测物体上。

3.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其特征在于，所述三角反射镜的第一反射面与第二反射面的夹角为直角。

4.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其特征在于，所述棱镜一与棱镜二的材质均为光子晶体。

5.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其特征在于，所述棱镜一包括棱镜面一与棱镜面二，所述棱镜面一与棱镜面二相接，其夹角为锐角,所述经分光镜二分射出的激光束三射入棱镜一的棱镜面一，并发生折射，发生折射后的激光束三射入棱镜面二时，棱镜面二使得激光束三再次发生折射，并使激光束三从棱镜面二射出；所述棱镜二包括棱镜面三与棱镜面四，所述棱镜面三与棱镜面四相接，其夹角为锐角，所述经分光镜一分射出的激光束二射入棱镜二的棱镜面三，并发生折射，发生折射后的激光束二射入棱镜面四时，棱镜面四使得激光束二再次发生折射，并使激光束二从棱镜面四射出。

6.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其特征在于，第二反射面反射的激光束一呈45°入射至分光镜二；和/或，激光器发射的激光束呈45°入射至分光镜一。

7.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器，其特征在于，所述棱镜一与棱镜二的结构一致；和/或，棱镜一与棱镜二关于三角反射镜对称设置。

8.根据权利要求1所述的基于多普勒效应带修正结构的测速传感器，其特征在于，光电探测器一的接收面与经三角反射镜的第二反射面反射的激光束平行，光电探测器二的接收面与经三角反射镜的第二反射面反射的激光束垂直。光电探测器三的接收面与光电探测器一的接收面平行。

9.根据权利要求1-8任一所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器的位置变化量与运动速度的标定方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：在被测物体上设置三角反射镜，使得三角反射镜可与被测物体同步运行；

步骤二：调整激光器、分光镜一、分光镜二、三角反射镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三的位置关系，使得激光束入射至分光镜一，所述分光镜一将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射至三角反射镜的第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面，经第二反射面反射后入射分光镜二，所述分光镜二将激光束一分为激光束三与激光束四，所述激光束三入射棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，所述激光束四入射至光电探测器二，所述激光束二入射至棱镜二，经棱镜二透射后被光电探测器三接收；

步骤三：在标准运动方向下，给定大小不同的速度V1、V2、V3…Vn,记录对应速度下的光电探测器一的位置变化量X1、X2、X3…Xn，记录对应速度下的光电探测器二的位置变化量Y1、Y2、Y3…Yn,记录对应速度下的光电探测器三的位置变化量Z1、Z2、Z3…Zn,修正后的光电探测器的位置变化量为X1-kY1-dZ1、X2-kY2-dZ2、X3-kY3-dZ3…Xn-kYn-dZn，通过非线性拟合获得标准运动方向下，运动速度与光电探测器的位置变化量的公式和/或关系曲线；

其中，α2为入射至光电探测器二的激光束四与光电探测器二的接收面的夹角，α1为入射至光电探测器一的激光束三与光电探测器一的接收面的夹角，α3为入射至光电探测器三的激光束二与光电探测器三的接收面的夹角，L1为棱镜一出射的激光束三入射到光电探测器一的路径长度，L3为棱镜二出射的激光束二入射到光电探测器三的路径长度。

10.根据权利要求1-8任一所述的基于多普勒效应的双重修正式测速传感器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

在被测物体上设置三角反射镜，使得三角反射镜可与被测物体同步运行；

调整激光器、分光镜一、分光镜二、三角反射镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三的位置关系，使得激光束入射至分光镜一，所述分光镜一将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射至三角反射镜的第一反射面，经第一反射面反射后入射至所述第二反射面，经第二反射面反射后入射分光镜二，所述分光镜二将激光束一分为激光束三与激光束四，所述激光束三入射棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，所述激光束四入射至光电探测器二，所述激光束二入射至棱镜二，经棱镜二透射后被光电探测器三接收；

被测物体沿靠近或远离激光器的方向做不规则运行，且运动过程中激光器发射的激光束沿同一光路传输至分光镜一，而分光镜一分射出的激光束一沿同一光路传输至三角反射镜的第一反射面，同时分射出的激光束二沿同一光路传输至棱镜二的同一位置；

根据光电探测器一接收到的激光束三的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束四的入射位置的变化量、光电探测器三接收到的激光束二的入射位置的变化量，通过标定方法获得的运动速度与光电探测器的位置变化量的公式和/或关系曲线，计算被测物体的速度。