CN109116049A - 时分复用多普勒测速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及速度测量技术。本发明公开了一种时分复用多普勒测速装置，包括测试信号、参考信号和信号处理系统；所述测试信号投射到运动物体上，其反射信号输入信号处理系统与所述参考信号叠加，通过数据处理得到运动物体速度；所述测试信号分成n束投射到运动物体上，其反射信号分别经过n支延时器输入信号处理系统；其中，n为整数，n＞1。本发明利用时分复用技术对传统探测方式进行改进，大大降低探测器数量及示波器通道数，从而增大探测的一致性及降低测量成本。本发明能够实现多点测量，测量数据具有很强的一致性。测量装置结构简单，测量精度高。本发明可以广泛应用于速度测量领域，特别是高速测量，多点测量领域。
Description
技术领域
本发明涉及速度测量技术，特别涉及一种通过多普勒效应测速的装置，具体而言，涉及一种时分复用多普勒测速装置。
背景技术
在速度测量技术中，利用运动物体对电磁波的多普勒效应来测定速度已经得到了广泛的应用，特别是对高速运动物体的速度测量。
目前在激光干涉测速领域，常用的方法由单路激光组成。
多普勒测速是基于光波多普勒效应和外差法搭建的测速装置，具有位移和速度连续监测、非接触测量和测试精度高等优点。
传统的技术方案中，激光器射出激光经过光纤耦合器被分成两束，一束通过光纤耦合器直接进入探测器，称为参考光，另一束经过探头入射到运动物体，从运动物体反射的光，也就是信号光，产生多普勒频移，被探头收集也经过光纤耦合器入射到探测器，参考光和信号光因多普勒效应叠加，频率不一样从而干涉产生差频，被探测器和示波器记录。通过数据处理就可以得到运动物体的速度。
在传统的技术方案中，主要存在以下几个问题：
1.单点测量，其单模光纤的纤芯直径仅9微米，利用单模光纤作为探针，其测量的有效面积太小。针对大颗粒多晶或不均匀物质，无法有效的得到具有统计平均意义的数据。
2.若采用多点测量，需要大量增加高带宽示波器及高频光电探测器的通道。大大增大测量成本。
3.若在传统技术方案中采用多点测量，需使用多个探测器和示波器，同一型号的不同探测器会造成一致性下降，使得测量结果不够精确。
4.对于多晶体材料或不均匀等材料不能使用单点测量。
发明内容
本发明利用时分复用技术对传统探测方式进行改进，大大降低探测器数量及示波器通道数，从而增大探测的一致性及降低测量成本。
本发明的主要目的在于提供一种时分复用多普勒测速装置，以解决现有技术测量系统适用性和精确度不够的问题。
为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种时分复用多普勒测速装置，包括测试信号、参考信号和信号处理系统；
所述测试信号投射到运动物体上，其反射信号输入信号处理系统与所述参考信号叠加，通过数据处理得到运动物体速度；
其特征在于，所述测试信号分成n束投射到运动物体上，其反射信号分别经过n支延时器输入信号处理系统；
其中，n为整数，n＞1。
进一步的，所述n支延时器延时依次为：t，2t…nt；t为设定的延时单位。
进一步的，测试信号和运动物体之间设置有n个环形器，n束测试信号信号分别经过环形器投射到运动物体上，其反射信号也通过所述环形器后再经过所述延时器输入信号处理系统。
进一步的，所述n个环形器具有相同结构和参数。
进一步的，延时器和信号处理系统之间连接有合束器，将n束反射信号和参考信号合并为一束输入信号处理系统。
进一步的，所述测试信号和参考信号由同一个信号源产生。
进一步的，所述信号源发出的信号为激光信号。
进一步的，所述激光信号为连续波激光信号。
进一步的，所述激光信号激光脉冲信号。
进一步的，所述信号处理系统包括光电探测器、示波器和数据处理单元。
具体的，所述光电探测器为高频光电探测器。
具体的，所述示波器为高频宽带示波器。
本发明的有益效果是，能够实现多点测量，测量数据具有很强的一致性。测量装置结构简单，测量精度高，成本低。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例结构示意图。
附图中：
10为激光信号源；
11为分束器；
12为环形器；
13为延迟线；
14为合束器；
20为信号处理系统。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通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方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明中涉及的几个器件均为本领域常用的零部件，在本发明中的器件名称并非指示特定器件，重点在于其功能作用。
分束器
分束器是可以将一束信号(如光波等)分成两束或多束的装置，是各种干涉仪的重要部件。在射频领域也有称为分路器、功分器等。
合束器
合束器与分束器的作用正好相反，是用来将多束信号合为一束的装置。在光学领域，有光纤合束器、偏振光合束器等。在射频领域又称为合路器。
环形器
环形器是一种使电磁波单向环形传输的器件，在射频和光学领域都有应用。
延时器
延时器是一种延迟信号传输的有源或无源器件，可以精确设定延迟时间。包括射频领域的各种模拟和数字延时器，光学领域的各种传输延迟线等。
本发明的时分复用多普勒测速装置，针对现有技术的多普勒测速装置的缺点进行了改进，利用时分复用技术对测试信号进行了分束和延迟处理，各路测试信号依次经过同一传输路径输入到信号处理系统，与没有经过延时的参考信号叠加，参考信号和测试信号产生差频，通过数据采集和处理就可以求出运动物体的速度。
由于各路测试信号有同一束信号分束得到，信号的一致性得到了保证；各路测试信号的传输路径结构相同，最后又通过同一支路输入同一个信号处理系统，测试信号的传输和处理过程也保证了一致性。所以，本发明的测速装置，不但实现了多点测试，而且保证了多点测试的一致性和数据采集的可靠性，并且装置结构简单，制造成本低。
本发明的时分复用多普勒测速装置，包括测试信号、参考信号和信号处理系统。
测试信号是用于投射到运动物体上测试其速度的信号，测试信号投射到运动物体上，其反射信号受到运动物体的调制，产生了多普勒频移，该反射信号输入信号处理系统与参考信号叠加，就可以通过数据处理得到运动物体速度。
本发明的技术方案中，测试信号被分成n束投射到运动物体上，其反射信号分别经过n支延时器输入信号处理系统。
其中，n为整数，n＞1。n的具体数字大小，可以根据信号强度和运动物体的大小进行设定。
实施例
如图1所示，本例测试信号和参考信号都采用激光信号，延时器全部采用光纤延迟线。装置结构包括激光信号源10、分束器11、n个环形器12、n支延迟线13、合束器14和信号处理系统20。
本例信号处理系统20包括高频光电探测器、高频宽带示波器和数据处理单元。
本例参考信号和测试信号由同一束激光经过分束器11产生。
本例激光信号除了在运动物体和环形器之间的传输外，其他传输过程中都通过光纤进行传输，以避免外部信号的干扰并降低信号衰减。
本例激光信号源10发出的激光信号为连续波激光信号，经过分束器11分成n束测试信号和一束参考信号。
本例测试信号和运动物体之间设置有n个环形器，n束测试信号信号分别经过环形器1、环形器2……环形器n，投射到运动物体上。
运动物体反射回来的n路反射信号，也分别通过上述环形器后进入各自的延迟线1、延迟线2……延迟线n，最后经过合束器14合为一束信号，输入信号处理系统20。
环形器12的作用是使激光单向传输，如图1所示，测试信号通过环形器12投射的运动物体上，反射信号通过环形器12向延迟线13传输。
为了保证n路测试信号的一致性，本例n个环形器12具有相同结构和参数。
本例n支光纤延迟线，通过设定光纤延迟线的长度，可以精确设定延迟时间。
设每公里长度的光纤延迟线产生的激光信号延时为5μs，本例n支光纤延迟线延时依次设定为：延迟线1长度为2km，延时t＝10μs；延迟线2长度为4km，延时为20μs；…延迟线n长度为2nkm，延时为n×10μs。这里设定的延时单位为10μs。这样使得每路激光测试信号在传输过程中产生10微秒的时间间隔差。
速度测试时，参考光首先进入高频光电探测器，将光信号转化为电信号被高频宽带示波器记录，接着第一路、第二路、第三路…第n路激光测试信号依次进入高频光电探测器被高频宽带示波器记录。参考光和信号光产生差频，通过数据处理单元进行处理求出物体运动速度。
本发明的信号源，也可以采用激光脉冲信号作为测试信号和参考信号，除了测速范围会受到一些影响外，其他方面差别不大。
Claims (10)
1.时分复用多普勒测速装置，包括测试信号、参考信号和信号处理系统；
所述测试信号投射到运动物体上，其反射信号输入信号处理系统与所述参考信号混合，通过数据处理得到运动物体速度；
其特征在于，所述测试信号分成n束投射到运动物体上，其反射信号分别经过n支延时器输入信号处理系统；
其中，n为整数，n＞1。
2.根据权利要求1所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，所述n支延时器延时依次为：t，2t…nt；t为设定的延时单位。
3.根据权利要求1所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，测试信号和运动物体之间设置有n个环形器，n束测试信号信号分别经过环形器投射到运动物体上，其反射信号也通过所述环形器后再经过所述延时器输入信号处理系统。
4.根据权利要求3所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，所述n个环形器具有相同结构和参数。
5.根据权利要求1所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，延时器和信号处理系统之间连接有合束器，将n束反射信号和参考信号合并为一束输入信号处理系统。
6.根据权利要求1所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，所述测试信号和参考信号由同一个信号源产生。
7.根据上述权利要求1所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，所述信号源发出的信号为激光信号。
8.根据权利要求7所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，所述激光信号为连续波激光信号。
9.根据权利要求7所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，所述激光信号激光脉冲信号。
10.根据上述权利要求7所述的时分复用多普勒测速装置，其特征在于，所述信号处理系统包括光电探测器、示波器和数据处理单元。
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