CN114895058A - 一种功能增强型激光干涉测速装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功能增强型激光干涉测速装置及方法，包括光纤激光器、干涉模块、光纤探头和信号采集与数据处理模块，干涉模块的输入端口与光纤激光器的输出端口连接，光纤探头通过传输光缆与干涉模块的输出端口连接，信号采集与数据处理模块与干涉模块的信号输出端口连接；本发明实现了两套激光干涉测速系统的集成，使得可以同时使用两种不同类型的光纤探头；当物理设计改变需要使用不同类型的光纤探头时，只需通过光开光切换工作模式即可，无需搭建新的测试系统，大大节省了实验的准备时间，从而提高了实验效率；本发明提供的装置及方法，可以工作在两种模式下，每一种模式都可以实现运动物体运动速度的测量。
Description
技术领域
本发明涉及激光干涉测速技术领域，具体涉及一种功能增强型激光干涉测速装置及方法。
背景技术
在冲击波物理和爆轰物理实验研究中，需要利用激光干涉测速技术实现待测样品高速运动历史的连续测量。经过几十年的发展，基于光学Doppler效应的VISAR、DISAR、PDV、MPDV等激光干涉测速技术已经成为了冲击波物理和爆轰物理实验研究中的标准测试技术，其中DISAR、PDV、MPDV等激光干涉测速技术采用了全光纤的光路结构，由于其使用的便捷性，使得其适用性范围得到了极大的提升，已经在材料的状态方程、本构关系、超高速发射以及等离子体密度测量等研究中得到了广泛的应用。
但是，现有的DISAR、MPDV技术只能使用回损小于-60dB的光纤探头，而PDV只能使用回损小于-60dB或者回损为-14dB～-35dB的光纤探头，即现有的这些测速技术及系统，尚不能兼容使用回损小于-60dB和回损为-14dB～-35dB的两类光纤探头，限制了测速系统的使用率；另一方面，当物理实验方案改变时，需要重新组建新的测速系统，增大了测试人员的工作量、制约了实验效率的进一步提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现阶段测速装置无法兼容不同回损的光纤探头，目的在于提供一种功能增强型激光干涉测速装置及方法，解决了不同类型的光纤探头的兼容问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种功能增强型激光干涉测速装置，包括：
光纤激光器，其用于发射探测激光；
干涉模块，其光输入端口与所述光纤激光器的输出端口连接；
光纤探头，其通过传输光缆与所述干涉模块的输出端口连接；
信号采集与数据处理模块，其与所述干涉模块的信号输出端口连接；
所述干涉模块包括：
1×2光开关，其第一端口与所述光纤激光器的输出端口连接；
2×1光纤合束器，其第一端口与所述1×2光开关的第二端口连接；
光纤环形器，其第一端口与所述2×1光纤合束器的第三端口连接，所述光纤环形器的第二端口通过传输光缆与所述光纤探头连接；
第二1×2光纤分束器，所述第二1×2光纤分束器的第一端口与所述光纤环形器的第三端口连接；
掺铒光纤放大器，其输入端口与所述第二1×2光纤分束器的第三端口连接；
光纤滤波器，其输入端口与所述掺铒光纤放大器的输出端口连接；
第一光纤衰减器，其输入端口与所述光纤滤波器的输出口连接；
2×2光纤分束器，其第一端口与所述第一光纤衰减器的输出端口连接，所述2×2光纤分束器的第四端口与所述信号采集与数据处理模块连接；
第一1×2光纤分束器，其第一端口与所述1×2光开关的第三端口连接，所述第一1×2光纤分束器的第二端口与所述2×1光纤合束器的第二端口连接；
第二光纤衰减器，其输入端口与所述第一1×2光纤分束器的第三端口连接，所述第二光纤衰减器的输出端口与所述2×2光纤分束器的第二端口连接。
第三1×2光纤分束器，其第一端口与所述第二光纤衰减器的输出端口连接，所述第三1×2光纤分束器的第二端口与所述2×2光纤分束器的第二端口连接。
具体地，所述光纤探头为回损小于-60dB的光纤探头或回损为-14dB～-35dB的光纤探头。
进一步，所述干涉模块还包括：
第一光功率计，其输入端口与所述第二1×2光纤分束器的第二端口连接；
第二光功率计，其输入端口与所述2×2光纤分束器的第三端口连接；
第三光功率计，其输入端口与所述第三1×2光纤分束器的第三端口连接。
作为一个优选的实施例，所述2×1光纤合束器的分束比为50：50；
所述第一1×2光纤分束器的分束比为99：1；
所述第二1×2光纤分束器的分束比为90：10；
所述第三1×2光纤分束器的分束比为50：50；
所述2×2光纤分束器的分束比为50：50。
具体地，所述信号采集与数据处理模块包括：
光电探测器，其光输入端口与所述2×2光纤分束器的第四端口连接；
示波器，其输入端口与所述光电探测器的信号输出端口连接；
数据处理计算机，其输入端口与所述示波器的信号输出端口连接；
所述示波器通过高频电缆与所述光电探测器连接，所述数据处理计算机通过网线与所述示波器连接。
一种功能增强型激光干涉测速方法，基于上述的一种功能增强型激光干涉测速装置，所述方法包括：当选用回损为-14dB～-35dB的光纤探头时，执行下述步骤：
S11、控制1×2光开关，使光纤激光器与2×1光纤合束器连通；
S12、光纤探头内部反射光作为干涉的参考光，其形式为：
E1(t)＝E11e-i2πvt
其中，E11＝a1ρE0为干涉参考光的振幅，E0为光纤激光器(1)输出激光的振幅，a1为光纤激光器(1)到光纤探头(6)的光传输链路的光场振幅衰减系数，ρ为由光纤探头(6)回损参数决定的入射激光在光纤探头(6)端口面的光场振幅反射系数，v为激光的频率，e为自然常数，i为虚数单位；t为时间；
S13、光纤探头出射的光照射至样品，并收集样品的反射光，该部分光作为干涉的信号光，其形式为：
其中，E12＝ηra1E0为信号光振幅，r为样品的光场振幅反射系数，η为光纤探头的收集效率，u(t)为运动物体的运动速度，2u(t)/λ是由于物体运动导致入射激光的Doppler频移，λ为激光的波长；
S14、通过掺铒光纤放大器对输入的光信号进行放大，并通过光纤滤波器进行杂散光滤波，再通过第一光纤衰减器进行强度衰减；
S15、参考光和信号光在光电探测器中进行干涉，干涉信号为：
其中，k为掺铒光纤放大器的光场振幅放大倍数，a2为光纤放大器到2×2光纤分束器传输链路的光场振幅衰减系数；
S16、光电探测器将上述干涉光信号转换为电信号，滤除直流分量后，输出的电信号为：
其中，R为光电探测器的灵敏度；
S17、对步骤S16的电信号进行时频分析，获得干涉信号在任意时刻t的频率f(t)，计算获得样品(7)在任意时刻的速度：
具体地，在步骤S14之前，通过第二1×2光纤分束器分束，其中10％的光进入第一光功率计，剩余90％的光进入掺铒光纤放大器。
作为另一个实施例，当选用回损小于-60dB的光纤探头时，执行下述步骤：
S21、控制1×2光开关，使光纤激光器与第一1×2光纤分束器连通；
S22、第一1×2光纤分束器的第三端口输出的光，经第二光纤衰减器、第三1×2光纤分束器、2×2光纤分束器输入至光电探测器，作为干涉的参考光，其光场形式为：
E3(t)＝E21e-i2πvt
其中，E21＝a3E0为参考光的振幅，a3为光纤激光器经第二光纤衰减器到2×2光纤分束器传输链路决定的光场振幅衰减系数，E0为光纤激光器输出激光的振幅；
S23、从第一1×2光纤分束器的第二端口输出的光，经2×1激光分路器后执行步骤S12～S15，获得干涉的信号光，其形式为：
其中，E22＝a4ka2ηrE0为参与干涉的信号光振幅，r为样品的光场振幅反射系数，η为光纤探头的收集效率，k为掺铒光纤放大器的光场振幅放大倍数，a2为光纤放大器到2×2光纤分束器传输链路的光场振幅衰减系数，a4为为光纤激光器(1)经第二光1×2光纤分束器(18)、2×1光纤合束器(3)、光纤环形器(4)、传输光缆(5)到光纤探头的光场振幅衰减系数；
S24、参考光和信号光在光电探测器中进行干涉，干涉信号为：
S25、光电探测器将上述干涉光信号转换为电信号，滤除直流分量后，输出的电信号为：
S26、对步骤S25获得的电信号，执行步骤S17，获得样品(7)在任意时刻的速度。
具体地，步骤S22中，通过第一1×2光纤分束器分束，其中99％的光进入2×1光纤合束器，剩余1％的光进入第二光衰减器(19)；
通过第三1×2光纤分束器分束，其中50％的光进入2×2光纤分束器，剩余50％的光进入第三光功率计。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过设置功能增强型干涉模块，并通过干涉模块中1×2光开关来控制光路的切换，实现了两套激光干涉测速系统的集成，使得本发明可以同时使用两种不同类型的光纤探头；当物理设计改变需要使用不同类型的光纤探头时，只需通过光开光切换工作模式即可，无需搭建新的测试系统，大大节省了实验的准备时间，从而提高了实验效率；
本发明还通过提供一种功能增强型激光干涉测速方法，实现了对高速运动物体运动速度的测量。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1是根据本发明所述的一种功能增强型激光干涉测速装置的结构示意图，图示为实施例一。
图2是根据本发明所述的一种功能增强型激光干涉测速装置的结构示意图，图示为实施例二。
图3是根据本发明所述的一种功能增强型激光干涉测速方法的流程示意图，图示为情况一。
图4是根据本发明所述的一种功能增强型激光干涉测速方法的流程示意图，图示为情况二。
附图标记：1-光纤激光器，2-1×2光开关，3-2×1光纤合束器，4-光纤环形器5-传输光缆，6-光纤探头，7-样品，8-第二1×2光纤分束器，9-第一光功率计，10-掺铒光纤放大器，11-光纤滤波器，12-第一光纤衰减器，13-2×2光纤分束器，14-第二光功率计，15-光电探测器，16-示波器，17-数据处理计算机，18-第一1×2光纤分束器，19-第二光纤衰减器，20-第三1×2光纤分束器，21-第三光功率计。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例一
本实施例提供一种功能增强型激光干涉测速装置，包括光纤激光器1、干涉模块、光纤探头6和信号采集与数据处理模块。
光纤激光器1为测速装置的光源，可以发出波长为λ的激光，并在光路中传输。光纤探头6将光纤激光器1发出的激光射出，并照射在移动样品7上，经过移动物体的反射后再接收，根据光纤探头6的种类不同，干涉模块可以进行光路的切换，信号采集与数据处理模块根据干涉模块输出的信号进行计算，获得移动样品7的运动速度。
干涉模块的输入端口与光纤激光器1的输出端口连接，光纤探头6通过传输光缆5与干涉模块的输出端口连接，信号采集与数据处理模块与干涉模块的信号输出端口连接。
如图1所示，为了使各元器件之间的连接关系更加清晰，对多端口元器件的端口进行了编号，例如，2-1、2-2、2-3分别表示1×2光开关2的第一端口、第二端口和第三端口，即“2-1”前面一个数字表示元器件的编号，后面一个数字表示端口的编号。
下面对干涉模块的具体结构进行详细描述，干涉模块中个元器件的功能以及连接结构如下：
1×2光开关2的第一端口与光纤激光器1的输出端口连接，1×2光开关2为三端口光纤器件，输入光可以在两个输出端口之间切换，即从第一端口输入的光，可以在第二端口和第三端口输出，且具体输出端口可以在第一端口和第二端口之间进行切换。
2×1光纤合束器3的第一端口与1×2光开关2的第二端口连接，分束比为50：50，具有三个端口，从第一端口进入的光，有50％的光从第三端口输出，从第二端口进入的光，也有50％的光从第三端口输出。
光纤环形器4的第一端口与2×1光纤合束器3的第三端口连接，光纤环形器4的第二端口通过传输光缆5与光纤探头6连接；具有三个端口，特点是从第一端口进入的光，只能从第二端口出，从第二端口进入的光，只能从第三端口出。
2×2光纤分束器13的第一端口与第一光纤衰减器12的输出端口连接，2×2光纤分束器13的第四端口与信号采集与数据处理模块连接，分束比为50：50，有四个端口，从第一端口、第二端口输入的光，从第三端口、第四端口分别输出50％的光。
第一1×2光纤分束器18的第一端口与1×2光开关2的第三端口连接，第一1×2光纤分束器18的第二端口与2×1光纤合束器3的第二端口连接，分束比为90：10，将从第一端口输入的光分为两束，其中第二端口输出90％的光，第三端口输出10％的光。
第二光纤衰减器19的输入端口与第一1×2光纤分束器18的第三端口连接，第二光纤衰减器19的输出端口与2×2光纤分束器13的第二端口连接，其用于控制激光强度。
另外，在本实施例中，光纤探头6为回损小于-60dB的光纤探头6或回损为-14dB～-35dB的光纤探头6。
通过光路设计，集成了两套激光干涉测速系统，使得本实施例中中所提出的测速系统可以使用回损为-14dB～-35dB的光纤探头6和回损小于-60dB的光纤探头6，提高了测速系统的利用率；当物理设计改变需要使用不同类型的光纤探头6时，只需通过光开光切换工作模式即可，无需搭建新的测试系统，大大节省了实验的准备时间，从而提高了实验效率。
实施例二
在实施例一中，参与干涉的信号光的强度与光纤探头6的收集效率η、运动样品7的反射率r有关，在动态实验中这两个参数可能会随时间发生剧烈变化，从而导致干涉信号的强度也随时间发生剧烈变化。因此，需要能够对信号光的强度变化进行控制，本实施例加入了掺饵光纤放大器，利用掺铒光纤放大器10的弱光放大功能，对信号光的幅值进行强度放大；当信号光非常强时，则可以利用掺铒光纤放大器10的增益饱和特性(此时放大功能较弱)，对其光强进行抑制，避免后续光路中高速光电探测器15的饱和、示波器16的超屏等现象的发生。
从上述简单讨论中可知，加入掺铒光纤放大器10之后，使得系统对信号光的动态范围得到了大幅的增加，并且产生的干涉信号幅值也更加稳定，不会发生探测器饱和、示波器16超屏等现象，从而提高了系统工作时的可靠性以及测量精度。
另外，在本实施例中还在多个环节中进行了分光、并引入了光功率计，对关键环节/步骤的功率大小进行监视，提醒实验人员判读系统的工作情况并采取相应的措施，例如是否需要加大激光功率或者采取光强衰减等手段来控制参考光和信号光的强度比值，从而达到确保实验成功和提高测速精度的目的。例如，第一光功率计9可以监视光纤探头6的回光情况，当光纤探头6出现异常时，可以直接从第一光功率计9的读数中得到体现，进而在实验前就采取必要的措施。
根据上述描述，如图2所示，干涉模块还包括：
第二1×2光纤分束器8设置在光纤环形器4与第一光纤衰减器12之间，第二1×2光纤分束器8的第一端口与光纤环形器4的第三端口连接，分束比为90：10，将从第一端口输入的光分为两束，其中第二端口输出10％的光，第三端口输出90％的光。
第一光功率计9的输入端口与第二1×2光纤分束器8的第二端口连接，对光纤探头6的激光功率进行监测。
掺铒光纤放大器10的输入端口与第二1×2光纤分束器8的第三端口连接，对回光进行强度控制。
第二光功率计14的输入端口与2×2光纤分束器13的第三端口连接，监测激光功率。
光纤滤波器11的输入端口与掺铒光纤放大器10的输出端口连接，光纤滤波器11的输出端口与第一光纤衰减器12的输入端口连接，滤除掺铒光纤放大器10输出的杂散光。
第三1×2光纤分束器20设置在第二光纤衰减器19与2×2光纤分束器13之间，第三1×2光纤分束器20的第一端口与第二光纤衰减器19的输出端口连接，第三1×2光纤分束器20的第二端口与2×2光纤分束器13的第二端口连接，分束比为50：50，具有三个端口，将第一端口输入的光分为两束，从第二端口、第三端口分别输出50％的光。
第三光功率计21的输入端口与第三1×2光纤分束器20的第三端口连接。
作为一个优选的实施例，2×1光纤合束器3的分束比为50：50，与1×2光开关2和1×2光纤分数器18配合，实现工作模式的切换。
第一1×2光纤分束器18的分束比为99：1；第二1×2光纤分束器8的分束比为90：10；第三1×2光纤分束器20的分束比为50：50；2×2光纤分束器13的分束比为50：50。
另外的，将2×1光纤合束器3更改为2×4光纤分束器或2×8光纤分束器，同时将第一1×2光纤分束器18更改为1×5光纤分束器或1×9光纤分束器，并配套相应的元器件，则整个系统可以扩展为四通道或者八通道系统；
通过光纤分束器和光功率计的结合，对关键环节/步骤的功率大小进行监视，便于分别调节参考光和信号光的强度比值，有利于提高测速的精度，同时对实验前出现的异常情况可以进行及时排查，提高动态实验的成功率。
实施例三
本实施例对信号采集与数据处理模块进行简单说明，信号采集与数据处理模块包括：
光电探测器15的光输入端口与2×2光纤分束器13的第四端口连接，将干涉光信号转换为电信号。
示波器16的输入端口与光电探测器15的输出端口连接，用于记录光电探测器15输出的电信号。
数据处理计算机17的输入端口与示波器16的输出端口连接，对示波器16采集的信号进行数据处理，得到运动样品7的运动速度；
示波器16通过高频电缆与光电探测器15连接，数据处理计算机17通过网线与示波器16连接。
实施例四
本实施例提供基于实施例三的装置的一种功能增强型激光干涉测速方法，方法包括两种情况，即选用回损为-14dB～-35dB的光纤探头6和选用回损小于-60dB的光纤探头6。
情况一
当选用回损为-14dB～-35dB的光纤探头6时，执行下述步骤：
S11、控制1×2光开关2，使光纤激光器1与2×1光纤合束器3连通；
S12、光纤探头6内部反射光作为干涉的参考光，其形式为：
E1(t)＝E11e-i2πvt
其中，E11＝a1ρE0为干涉参考光的振幅，E0为光纤激光器1输出激光的振幅，a1为光纤激光器1到光纤探头6的光传输链路的光场振幅衰减系数，ρ为由光纤探头6回损参数决定的入射激光在光纤探头6端口面的光场振幅反射系数，v为激光的频率，e为自然常数，i为虚数单位，t为时间；
S13、光纤探头6出射的光照射至样品7，并收集样品7的反射光，该部分光作为干涉的信号光，其形式为：
其中，E12＝ηra1E0为信号光振幅，r为样品7的光场振幅反射系数，η为光纤探头6的收集效率，u(t)为运动物体的运动速度，2u(t)/λ是由于物体运动导致入射激光的Doppler频移，λ为激光的波长；
S14、通过掺铒光纤放大器10对输入的光信号进行放大，并通过光纤滤波器11进行杂散光滤波，再通过第一光纤衰减器12进行强度衰减；
S15、参考光和信号光在光电探测器中进行干涉，干涉信号为：
其中，k为掺铒光纤放大器10的光场振幅放大倍数，a2为光纤放大器到2×2光纤分束器13传输链路的光场振幅衰减系数；
S16、光电探测器将上述干涉光信号转换为电信号，滤除直流分量后，输出的电信号为：
其中，R为光电探测器的灵敏度；
S17、对步骤S16的电信号进行时频分析，获得干涉信号在任意时刻t的频率f(t)，计算获得样品7在任意时刻的速度：
情况二
当选用回损小于-60dB的光纤探头6时，执行下述步骤：
S21、控制1×2光开关2，使光纤激光器1与第一1×2光纤分束器18连通，通过第一1×2光纤分束器18分束，其中99％的光进入2×1光纤合束器3，剩余1％的光进入第二光衰减器；
S22、第一1×2光纤分束器18的第三端口输出的光，经第二光纤衰减器19、第三1×2光纤分束器20、2×2光纤分束器13输入至光电探测器15，作为干涉的参考光，其光场形式为：
E3(t)＝E21e-i2πvt
其中，E21＝a3E0为参考光的振幅，a3为光纤激光器1经第二光纤衰减器19到2×2光纤分束器13传输链路决定的光场振幅衰减系数，E0为光纤激光器1输出激光的振幅；
S23、第一1×2光纤分束器18的第二端口输出的光，经2×1激光分路器后执行步骤S12～S15，即2×1光纤分束器3、光纤环形器4和传输光缆5到达光纤探头6，照射到移动样品7上，其反射光带有Doppler频移信息，并被光纤探头6接收，作为干涉的信号光，这一束信号光经过第二1×2光纤分束器8进行分束，其中10％的光进入第一光功率计9，用于光强监视，其余90％的光进入掺铒光纤放大器10进行功率放大，并经过光纤滤波器11进行杂散光滤波和第一光纤衰减器12进行强度衰减，最后进入光电探测器15，其形式为：
其中E22＝a4ka2ηrE0为参与干涉的信号光振幅，r为样品7的光场振幅反射系数，η为光纤探头6的收集效率，k为掺铒光纤放大器10的光场振幅放大倍数，a2为光纤放大器到2×2光纤分束器13传输链路的光场振幅衰减系数，a4为光纤激光器1经第二光1×2光纤分束器18、2×1光纤合束器3、光纤环形器4、传输光缆5到光纤探头的光场振幅衰减系数；
S24、参考光和信号光在光电探测器中进行干涉，干涉信号为：
S25、光电探测器将上述干涉光信号转换为电信号，滤除直流分量后，输出的电信号为：
S26、对步骤S25获得的电信号，执行步骤S17，获得样品7任意时刻的速度。
对步骤S25获得的电信号进行时频分析，获得干涉信号在任意时刻t的频率f(t)，
计算获得样品7任意时刻的速度：
综上，利用光开关实现两种工作模式之间的快速切换，使得本发明提出的装置及方法能兼容使用回损为-14dB～-35dB的光纤探头6和回损小于-60dB的光纤探头6，较传统的测速系统功能更加强大，显著提高了测速系统的适应性、利用率和动态实验的效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，包括：
光纤激光器(1)，其用于发射探测激光；
干涉模块，其光输入端口与所述光纤激光器(1)的输出端口连接，所述光纤激光器(1)发射的探测激光传输至所述干涉模块；
光纤探头(6)，其通过传输光缆(5)与所述干涉模块的输出端口连接；
信号采集与数据处理模块，其与所述干涉模块的信号输出端口连接；
所述干涉模块包括：
1×2光开关(2)，其第一端口与所述光纤激光器(1)的输出端口连接；
2×1光纤合束器(3)，其第一端口与所述1×2光开关(2)的第二端口连接；
光纤环形器(4)，其第一端口与所述2×1光纤合束器(3)的第三端口连接，所述光纤环形器(4)的第二端口通过传输光缆(5)与所述光纤探头(6)连接；
第二1×2光纤分束器(8)，其第一端口与光纤环形器(4)的第三端口连接；
掺饵光纤放大器(10)，其输入端口与第二1×2光纤分束器(8)的第三端口连接；
光纤滤波器(11)，其输入端口与所述掺铒光纤放大器(10)的输出端口连接；
第一光纤衰减器(12)，其输入端口与所述光纤滤波器(11)的输出口连接；
2×2光纤分束器(13)，其第一端口与所述第一光纤衰减器(12)的输出端口连接，所述2×2光纤分束器(13)的第四端口与所述信号采集与数据处理模块的输入端口连接；
第一1×2光纤分束器(18)，其第一端口与所述1×2光开关(2)的第三端口连接，所述第一1×2光纤分束器(18)的第二端口与所述2×1光纤合束器(3)的第二端口连接；
第二光纤衰减器(19)，其输入端口与所述第一1×2光纤分束器(18)的第三端口连接，所述第二光纤衰减器(19)的输出端口与所述2×2光纤分束器(13)的第二端连接；
第三1×2光纤分束器(20)，其第一端口与所述第二光纤衰减器(19)的输出端口连接，所述第三1×2光纤分束器(20)的第二端口与所述2×2光纤分束器(13)的第二端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述光纤探头(6)为回损小于-60dB的光纤探头(6)或回损为-14dB～-35dB的光纤探头(6)。
3.根据权利要求2所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述干涉模块还包括：
第一光功率计(9)，其输入端口与所述第二1×2光纤分束器(8)的第二端口连接；
第二光功率计(14)，其输入端口与所述2×2光纤分束器(13)的第三端口连接；
第三光功率计(21)，其输入端口与所述第三1×2光纤分束器(20)的第三端口连接。
4.根据权利要求3所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述2×1光纤合束器(3)的分束比为50：50；
所述第一1×2光纤分束器(18)的分束比为99：1；
所述第二1×2光纤分束器(8)的分束比为90：10；
所述第三1×2光纤分束器(20)的分束比为50：50；
所述2×2光纤分束器(13)的分束比为50：50。
5.根据权利要求4所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述信号采集与数据处理模块包括：
光电探测器(15)，其光输入端口与所述2×2光纤分束器(13)的第四端口连接；
示波器(16)，其输入端口与所述光电探测器(15)的输出端口连接；
数据处理计算机(17)，其输入端口与所述示波器(16)的信号输出端口连接；
所述示波器(16)通过高频电缆与所述光电探测器(15)连接，所述数据处理计算机(17)通过网线与所述示波器(16)连接。
6.一种功能增强型激光干涉测速方法，其特征在于，基于如权利要求5所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，所述方法包括：当选用回损为-14dB～-35dB的光纤探头(6)时，执行下述步骤：
S11、控制1×2光开关(2)，使光纤激光器(1)与2×1光纤合束器(3)连通；
S12、光纤探头(6)内部反射光作为干涉的参考光，其形式为：
E1(t)＝E11e-i2πvt
其中，E11＝a1ρE0为干涉参考光的振幅，E0为光纤激光器(1)输出激光的振幅，a1为光纤激光器(1)到光纤探头(6)的光传输链路的光场振幅衰减系数，ρ为由光纤探头(6)回损参数决定的入射激光在光纤探头(6)端口面的光场振幅反射系数，v为激光的频率，e为自然常数，i为虚数单位，t为时间；
S13、光纤探头(6)出射的光照射至样品(7)，并收集样品(7)的反射光，该部分光作为干涉的信号光，其形式为：
其中，E12＝ηra1E0为信号光振幅，r为样品(7)的光场振幅反射系数，η为光纤探头(6)的收集效率，u(t)为运动物体的运动速度，2u(t)/λ是由于物体运动导致入射激光的Doppler频移，λ为激光的波长；
S14、通过掺铒光纤放大器(10)对输入的光信号进行放大，并通过光纤滤波器(11)进行杂散光滤波，再通过第一光纤衰减器(12)进行强度衰减；
S15、参考光和信号光在光电探测器中进行干涉，干涉信号为：
其中，k为掺铒光纤放大器(10)的光场振幅放大倍数，a2为光纤放大器到2×2光纤分束器(13)传输链路的光场振幅衰减系数；
S16、光电探测器将上述干涉光信号转换为电信号，滤除直流分量后，输出的电信号为：
其中，R为光电探测器的灵敏度；
S17、对步骤S16的电信号进行时频分析，获得干涉信号在任意时刻t的频率f(t)，计算获得样品(7)在任意时刻的速度：
7.根据权利要求6所述的一种功能增强型激光干涉测速方法，其特征在于，在步骤S14之前，通过第二1×2光纤分束器(8)分束，其中10％的光进入第一光功率计(9)，剩余90％的光进入掺铒光纤放大器(10)。
8.根据权利要求7所述的一种功能增强型激光干涉测速方法，其特征在于，当选用回损小于-60dB的光纤探头(6)时，执行下述步骤：
S21、控制1×2光开关(2)，使光纤激光器(1)与第一1×2光纤分束器(18)连通；
S22、第一1×2光纤分束器(18)的第三端口输出的光，经第二光纤衰减器(19)、第三1×2光纤分束器(20)、2×2光纤分束器(13)输入至光电探测器(15)，作为干涉的参考光，其光场形式为：
E3(t)＝E21e-i2πvt
其中，E21＝a3E0为参考光的振幅，a3为光纤激光器(1)经第二光纤衰减器(19)到2×2光纤分束器(13)传输链路决定的光场振幅衰减系数，E0为光纤激光器(1)输出激光的振幅；
S23、从第一1×2光纤分束器(18)的第二端口输出的光，经2×1激光分路器后执行步骤S12～S15，获得干涉的信号光，其形式为：
其中E22＝a4ka2ηrE0为参与干涉的信号光振幅，r为样品(7)的光场振幅反射系数，η为光纤探头(6)的收集效率，k为掺铒光纤放大器(10)的光场振幅放大倍数，a2为光纤放大器到2×2光纤分束器(13)传输链路的光场振幅衰减系数，a4为光纤激光器(1)经第二光1×2光纤分束器(18)、2×1光纤合束器(3)、光纤环形器(4)、传输光缆(5)到光纤探头的光场振幅衰减系数；
S24、参考光和信号光在光电探测器中进行干涉，干涉信号为：
S25、光电探测器将上述干涉光信号转换为电信号，滤除直流分量后，输出的电信号为：
S26、对步骤S25获得的电信号，执行步骤S17，获得样品(7)在任意时刻的速度。
9.根据权利要求8所述的一种功能增强型激光干涉测速方法，其特征在于，步骤S22中，通过第一1×2光纤分束器(18)分束，其中99％的光进入2×1光纤合束器(3)，剩余1％的光进入第二光衰减器(19)；
通过第三1×2光纤分束器(20)分束，其中50％的光进入2×2光纤分束器(13)，剩余50％的光进入第三光功率计(21)。
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