一種干涉測速系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種干涉測速系統(tǒng)及方法，屬于激光干涉測速技術(shù)領(lǐng)域。該干涉測速系統(tǒng)包括啁啾脈沖產(chǎn)生裝置、第一光纖色散元件、探測裝置及數(shù)據(jù)處理裝置。啁啾脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖一部分傳輸至第一光纖色散元件形成參考光，另一部分入射到待測目標(biāo)；待測目標(biāo)反射的啁啾脈沖傳輸至第一光纖色散元件形成信號(hào)光，參考光與信號(hào)光發(fā)生干涉形成的頻域干涉信號(hào)經(jīng)第一光纖色散元件的脈沖展寬處理后進(jìn)入探測裝置，由探測裝置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送至數(shù)據(jù)處理裝置。本發(fā)明實(shí)施例提供的干涉測速系統(tǒng)有效地降低了對(duì)用于記錄干涉信號(hào)的探測裝置的帶寬要求，提高了系統(tǒng)的時(shí)間分辨及速度測量上限。
【專利說明】
一種干涉測速系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及激光干涉測速技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種干涉測速系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]炸藥、激光裝置、電磁驅(qū)動(dòng)裝置等加載技術(shù)的研究中，需要對(duì)其驅(qū)動(dòng)飛片的速度進(jìn)行測量。激光干涉測速技術(shù)具有非接觸測量、時(shí)間分辨率高、測速精度高及測量動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于沖擊波、爆轟波及短時(shí)高速運(yùn)動(dòng)物體的速度測量。因此，激光干涉測速技術(shù)是測量激光驅(qū)動(dòng)或磁驅(qū)動(dòng)下飛片的運(yùn)動(dòng)速度的一種重要手段。現(xiàn)有的激光干涉測速設(shè)備大多采用光電探測器和示波器直接對(duì)攜帶速度信息的干涉信號(hào)進(jìn)行記錄以得到待測物體的速度。然而，由于受到現(xiàn)有光電探測器和示波器的帶寬的限制，時(shí)間分辨能力難以提高，速度測量上限較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種干涉測速系統(tǒng)及方法，能夠有效地提高時(shí)間分辨能力及速度測量上限。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種干涉測速系統(tǒng)，包括啁啾脈沖產(chǎn)生裝置、第一光纖色散元件、探測裝置及數(shù)據(jù)處理裝置，所述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置的輸出端與所述第一光纖色散元件的輸入端耦合，所述第一光纖色散元件的輸出端與所述探測裝置耦合，所述探測裝置與所述數(shù)據(jù)處理裝置耦合。所述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖一部分傳輸至所述第一光纖色散元件形成參考光，另一部分入射到待測目標(biāo);所述待測目標(biāo)反射的啁啾脈沖傳輸至所述第一光纖色散元件形成信號(hào)光，所述參考光與所述信號(hào)光發(fā)生干涉形成的頻域干涉信號(hào)經(jīng)所述第一光纖色散元件的脈沖展寬處理后進(jìn)入所述探測裝置。所述探測裝置用于將所接收到的頻域干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)處理裝置。所述數(shù)據(jù)處理裝置用于分析所述電信號(hào)得到所述待測目標(biāo)的速度。
[0006]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述干涉測速系統(tǒng)還包括光纖環(huán)形器及光纖探頭，所述光纖環(huán)形器包括第一端口、第二端口及第三端口，所述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置的輸出端與所述第一端口耦合，所述光纖探頭與所述第二端口耦合，所述第一光纖色散元件的輸入端與所述第三端口耦合。
[0007]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述第一光纖色散元件與所述探測裝置之間還設(shè)置有第一光信號(hào)放大器，所述第一光纖色散元件輸出的脈沖展寬處理后的干涉信號(hào)進(jìn)入所述第一光信號(hào)放大器，經(jīng)所述第一光信號(hào)放大器的放大處理后進(jìn)入所述探測裝置。
[0008]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置包括飛秒激光器和脈沖展寬器，所述飛秒激光器發(fā)出的脈沖激光入射到所述脈沖展寬器，經(jīng)所述脈沖展寬器的脈沖展寬處理后形成啁啾脈沖。
[0009]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述飛秒激光器為飛秒光纖激光器，所述脈沖展寬器為第二光纖色散元件。
[0010]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述第二光纖色散元件與所述光纖環(huán)形器之間還設(shè)置有第二光信號(hào)放大器，所述飛秒光纖激光器發(fā)出的脈沖激光進(jìn)入所述第二光纖色散元件，經(jīng)所述第二光纖色散元件的脈沖展寬處理后形成啁啾脈沖，所述啁啾脈沖進(jìn)入所述第二光信號(hào)放大器，經(jīng)所述第二光信號(hào)放大器的放大處理后由所述第一端口進(jìn)入所述光纖環(huán)形器。
[0011]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述第一光纖色散元件為長距離單模光纖。
[0012]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述第一光纖色散元件為光纖啁啾布拉格光柵。
[0013]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述第一光纖色散元件為色散補(bǔ)償光纖。
[0014]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種干涉測速方法，所述方法包括:啁啾脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖，將所述啁啾脈沖的一部分傳輸至所述第一光纖色散元件形成參考光，將所述啁啾脈沖的另一部分入射到待測目標(biāo)，其中，經(jīng)所述待測目標(biāo)反射的啁啾脈沖傳輸至所述第一光纖色散元件形成信號(hào)光，以使所述參考光與所述信號(hào)光發(fā)生干涉形成的頻域干涉信號(hào)；所述第一光纖色散元件對(duì)所述頻域干涉信號(hào)進(jìn)行脈沖展寬處理，并將處理后的頻域干涉信號(hào)傳輸至探測裝置;所述探測裝置將接收到的頻域干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置;所述數(shù)據(jù)處理裝置分析所述電信號(hào)得到所述待測目標(biāo)的速度。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有的激光干涉測速設(shè)備，本發(fā)明實(shí)施例提供的干涉測速系統(tǒng)及方法通過啁啾脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的啁啾脈沖作為光源，在攜帶速度信息的頻域干涉信號(hào)進(jìn)入探測裝置之前，通過第一光纖色散元件對(duì)所述頻域干涉信號(hào)進(jìn)行時(shí)間拉伸以降低頻域干涉信號(hào)的頻率，從而有效地降低了對(duì)用于記錄該頻域干涉信號(hào)的探測裝置的帶寬要求，提高了本干涉測速系統(tǒng)的時(shí)間分辨及速度測量上限。例如，以12.5GHz帶寬的探測器和示波器即可實(shí)現(xiàn)Ips甚至更低的采樣間隔，可實(shí)現(xiàn)100km/S以上的速度測量。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0017]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種干涉測速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種干涉測速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種干涉測速方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。
[0021]因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。
[0023]現(xiàn)有的激光干涉測速設(shè)備的探測裝置大多采用光電探測器和示波器對(duì)用于獲得速度信息的干涉信號(hào)進(jìn)行記錄，由于受到現(xiàn)有光電探測器和示波器的帶寬的限制，時(shí)間分辨能力難以提高，速度測量上限較低。
[0024]現(xiàn)有的光子多普勒測速儀(PDV)通常包括光纖激光器，光纖環(huán)形器、光纖探頭、探測器及數(shù)字示波器。其中，光纖激光器為連續(xù)窄線寬光纖激光器。當(dāng)探測器和示波器帶寬為12.5GHz時(shí)，其時(shí)間采樣間隔為20ps，此時(shí)，該光子多普勒測速儀速度測量上限約為23km/s。因此，現(xiàn)有的光子多普勒測速儀的時(shí)間分辨受到現(xiàn)有探測器和數(shù)字示波器帶寬限制，不能適用于更高的速度診斷需求。
[0025]鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種干涉測速系統(tǒng)，以提高時(shí)間分辨能力及速度測量上限。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的干涉測速系統(tǒng)100包括:啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110、光纖環(huán)形器120、光纖探頭130、第一光纖色散元件140、探測裝置150及數(shù)據(jù)處理裝置160。
[0027]啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖。作為一種實(shí)施方式，如圖2所示，啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110包括飛秒激光器111和脈沖展寬器112。其中，飛秒激光器111作為激光光源，脈沖展寬器112用于對(duì)飛秒激光器111發(fā)出的飛秒激光脈沖進(jìn)行脈沖展寬得到啁啾脈沖。具體的，啁啾脈沖的脈沖寬度根據(jù)所要測量的物理過程的持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)。例如，所述物理過程可以為激光驅(qū)動(dòng)或磁驅(qū)動(dòng)下飛片的運(yùn)動(dòng)過程。當(dāng)然，啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110也可以為其他結(jié)構(gòu)，例如，可以用其他具有一定頻譜寬度的脈沖激光器代替飛秒激光器。
[0028]在本發(fā)明實(shí)施例的一種實(shí)施方式中，脈沖展寬器112可以為光柵對(duì)。此時(shí)，啁啾脈沖的脈沖寬度受到光柵對(duì)的距離限制，通常只能做到ps量級(jí)。此外，當(dāng)要適應(yīng)不同時(shí)間尺度的物理過程測量需求時(shí)，需要在自由空間調(diào)整光柵對(duì)的距離，調(diào)整過程比較麻煩且費(fèi)時(shí)。
[0029]由于不同波長的激光脈沖在色散介質(zhì)中以不同的速度傳播，因此，通過色散介質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的時(shí)間展寬。光纖色散元件即為能夠利用元件本身存在的色散對(duì)激光脈沖進(jìn)行脈沖展寬的光纖元件。例如，光纖色散元件可以為長距離單模光纖、光纖啁啾布拉格光柵、色散補(bǔ)償光纖等。具體的，所得到的啁啾脈沖的時(shí)間寬度與飛秒脈沖的頻譜寬度以及光纖色散元件的長度有關(guān)。當(dāng)飛秒激光器111發(fā)出的激光脈沖的頻譜寬度一定時(shí)，若光纖色散元件為單模光纖或色散補(bǔ)償光纖時(shí)，通過增加單模光纖長度或色散補(bǔ)償光纖的長度可以增加脈沖的展寬量;若光纖色散元件為光纖啁啾布拉格光柵，選擇低啁啾率的布拉格光柵并相應(yīng)增加其長度可以增加脈沖的展寬量，從而獲得所需脈沖寬度的啁啾脈沖。需要說明的是，啁啾脈沖的脈沖寬度即為該測速過程所需的記錄長度，而所需的記錄長度由具體物理過程的持續(xù)時(shí)間決定。
[0030]因此，在本發(fā)明實(shí)施例的另一種較佳的實(shí)施方式中，脈沖展寬器112采用第二光纖色散元件。此時(shí)，通過增加用作光纖色散元件的光纖的長度即可以有效增加脈沖的展寬量，獲得所需記錄長度的啁啾脈沖。相比于光柵對(duì)或是其他色散介質(zhì)，采用第二光纖色散元件作為脈沖展寬器112可以降低調(diào)節(jié)難度，有利于增加脈沖的展寬量，以適用于不同時(shí)間尺度的物理過程測量需求。例如，中心波長為1560nm的飛秒脈沖采用光柵對(duì)來展寬，其脈沖寬度程度與光柵對(duì)的距離成正比，通常只能做到幾百個(gè)ps，而采用單模光纖、色散補(bǔ)償光纖或光纖啁啾布拉格光柵等光纖色散元件，至少能夠得到10ns的脈沖寬度，可以將記錄長度增大1倍-100倍。
[0031]進(jìn)一步地，本實(shí)施例中，飛秒激光器111優(yōu)選采用通信C波段的飛秒光纖激光器，有利于本干涉測速系統(tǒng)100實(shí)現(xiàn)全光纖光路結(jié)構(gòu)，從而便于系統(tǒng)的搭建和調(diào)整，也避免了自由空間光路調(diào)節(jié)繁瑣的問題。當(dāng)然，也可以采用其他波段的飛秒光纖激光器，例如，也可以采用通信L波段的飛秒光纖激光器，或者是通信1260nm-1675nm范圍內(nèi)的任意一個(gè)波段的飛秒光纖激光器。
[0032]光纖環(huán)形器120包括第一端口 a、第二端口 b及第三端口 C，啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110的輸出端與第一端口 a親合，光纖探頭130與第二端口 b親合，第一光纖色散元件140的輸入端與所述第三端口 c耦合。第一光纖色散元件140的輸出端與所述探測裝置150耦合，探測裝置150與數(shù)據(jù)處理裝置160耦合。于本發(fā)明實(shí)施例中，光纖環(huán)形器120的第一端口a、第二端口b及第三端口 c的連通關(guān)系為:由第一端口a進(jìn)入的光由第二端口b射出，由第二端口b射入的光由第三端口 c射出。
[0033]本實(shí)施例中，光纖環(huán)形器120及光纖探頭130用于將啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110發(fā)出的啁啾脈沖處理為參考光及攜帶待測目標(biāo)S的速度信息的信號(hào)光以得到用于待測目標(biāo)S速度測量的頻域干涉信號(hào)。例如，待測目標(biāo)S可以為激光驅(qū)動(dòng)或磁驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)的飛片。當(dāng)然，除了采用光纖環(huán)形器120及光纖探頭130外，也可以采用其他結(jié)構(gòu)，例如，光纖邁克爾遜干涉儀或者光纖馬赫曾德干涉儀。為了簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例優(yōu)選采用光纖環(huán)形器120及光纖探頭 130。
[0034]本實(shí)施例中，第一光纖色散元件140用于對(duì)攜帶待測目標(biāo)S速度信息的頻域干涉信號(hào)進(jìn)行時(shí)間展寬，從而降低頻域干涉信號(hào)的頻率。降低了對(duì)探測裝置150的帶寬要求，即以較低帶寬的探測裝置150就能夠記錄較高頻率的干涉信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體速度的超高時(shí)間分辨測量。第一光纖色散元件140的具體結(jié)構(gòu)可以參照本實(shí)施例的上述內(nèi)容，在此不再贅述。
[0035]例如，干涉信號(hào)的頻率表示為汽〖)=奴0/0(0/2)，其中，7(0為待測目標(biāo)5的運(yùn)動(dòng)速度，A(t)為啁啾脈沖波長，其隨時(shí)間變化。當(dāng)采用如圖1所示的光子多普勒測速儀進(jìn)行速度測量時(shí)，假設(shè)光纖激光器的輸出波長為1550nm，當(dāng)待測目標(biāo)S的運(yùn)動(dòng)速度為lkm/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的干涉信號(hào)頻率為1.29GHz，當(dāng)待測目標(biāo)S的運(yùn)動(dòng)速度為lOkm/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的干涉信號(hào)頻率為12.9GHz0
[0036]當(dāng)采用本發(fā)明實(shí)施例提供的干涉測速系統(tǒng)100時(shí)，用預(yù)設(shè)脈沖寬度為tl的啁啾脈沖作為激光光源照射待測目標(biāo)S，當(dāng)待測目標(biāo)S的運(yùn)動(dòng)速度為lkm/s時(shí)，所形成的干涉信號(hào)頻率仍然約為1.29GHz ο然而經(jīng)過第二光纖色散元件的時(shí)間拉伸之后的啁啾脈沖的脈沖寬度為t2，拉伸倍數(shù)M = t2/tl，相應(yīng)地，所形成的干涉信號(hào)頻率將降低M倍。因此，采用較低帶寬的探測裝置150即可實(shí)現(xiàn)較高速度的測量，有效地提高了本系統(tǒng)的時(shí)間分辨能力。
[0037]本實(shí)施例中，探測裝置150用于將所接收到的干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)處理裝置160。由于參考光及信號(hào)光均為具有一定頻譜寬度的啁啾脈沖，其干涉信號(hào)在頻域上表現(xiàn)為正弦干涉條紋?，F(xiàn)有的基于啁啾脈沖的頻域干涉測速系統(tǒng)中，正弦干涉條紋大多通過光譜儀記錄，由于受到光柵常數(shù)、光柵大小以及成像透鏡焦距的限制，現(xiàn)有光譜儀的光譜分辨較低，采樣點(diǎn)數(shù)較少，導(dǎo)致該系統(tǒng)的時(shí)間分辨難以提高。
[0038]因此，如圖2所示，本實(shí)施例中探測裝置150具體包括光電探測器151和示波器152，光電探測器151用于將第一光纖色散元件140輸出的經(jīng)過時(shí)間拉伸的干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸?shù)绞静ㄆ?52，示波器152用于對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將所采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理裝置160進(jìn)行分析，以便于數(shù)據(jù)處理裝置160處理該數(shù)據(jù)得到待測目標(biāo)S的速度。第一光纖色散元件140、光電探測器151和示波器152結(jié)合使用可以有效地提高本干涉測速系統(tǒng)100的時(shí)間分辨。需要說明的是，數(shù)據(jù)處理裝置160可以為計(jì)算機(jī)，也可以是一種具有信號(hào)處理能力的集成電路芯片。
[0039]另外，為了提高探測裝置150所獲取到的干涉信號(hào)的信噪比，如圖2所示，本實(shí)施例提供的干涉測速系統(tǒng)100還包括第一光信號(hào)放大器170。第一光信號(hào)放大器170設(shè)置在第一光纖色散元件140與探測裝置150之間，即設(shè)置在第一光纖色散元件140與光電探測器151之間。第一光信號(hào)放大器170用于將第一光纖色散元件140輸出的干涉信號(hào)進(jìn)行放大，以提高探測裝置150接收到的干涉信號(hào)的信噪比，從而提高速度測量的精度。
[0040]進(jìn)一步地，為了保證參考光和信號(hào)光的強(qiáng)度，以提高干涉信號(hào)的對(duì)比度，還可以根據(jù)需要在第二光纖色散元件與光纖環(huán)形器120之間設(shè)置第二光信號(hào)放大器180，如圖2所示。第二光信號(hào)放大器180用于對(duì)第二光纖色散元件輸出的啁啾脈沖進(jìn)行放大。飛秒光纖激光器發(fā)出的脈沖激光進(jìn)入第二光纖色散元件，經(jīng)第二光纖色散元件的脈沖展寬處理后形成啁啾脈沖。第二光纖色散元件輸出的啁啾脈沖進(jìn)入第二光信號(hào)放大器180，經(jīng)第二光信號(hào)放大器180的放大處理后由第一端口 a進(jìn)入光纖環(huán)形器120。
[0041]本實(shí)施例中，第一光信號(hào)放大器170和第二光信號(hào)放大器180優(yōu)選采用光纖放大器，例如，摻稀土離子的光纖放大器或光纖拉曼放大器等，有利于本干涉測速系統(tǒng)100實(shí)現(xiàn)全光纖光路結(jié)構(gòu)，從而便于系統(tǒng)的搭建和調(diào)整，也避免了自由空間光路調(diào)節(jié)繁瑣的問題。例如，當(dāng)采用通信C波段的飛秒光纖激光器作為光源時(shí)，第一光信號(hào)放大器170和第二光信號(hào)放大器180可以采用摻餌光纖放大器、光纖拉曼放大器等，這些器件均為較成熟的商品化器件，能夠極大地降低系統(tǒng)成本。
[0042]為了使本方案更加清楚，以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的干涉測速系統(tǒng)100的一種【具體實(shí)施方式】的工作過程進(jìn)行說明:
[0043]飛秒光纖激光器發(fā)出的脈沖激光進(jìn)入第二光纖色散元件，經(jīng)第二光纖色散元件的脈沖展寬處理后形成預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖。其中。預(yù)設(shè)脈沖寬度根據(jù)具體所測量的物理過程的持續(xù)時(shí)間設(shè)置。
[0044]第二光纖色散元件輸出的啁啾脈沖進(jìn)入第二光信號(hào)放大器180，經(jīng)第二光信號(hào)放大器180的放大處理后由第一端口a進(jìn)入光纖環(huán)形器120。由第一端口a進(jìn)入光纖環(huán)形器120的啁啾脈沖從光纖環(huán)形器120的第二端口 b輸出并傳輸至光纖探頭130。入射到光纖探頭130的啁啾脈沖一部分經(jīng)光纖探頭130的端面反射形成參考光，另一部分從光纖探頭130出射并照射到待測目標(biāo)S上，經(jīng)待測目標(biāo)S反射后進(jìn)入光纖探頭130形成攜帶有待測目標(biāo)S速度信息的信號(hào)光。參考光和信號(hào)光均由光纖探頭130反向傳輸至光纖環(huán)形器120的第二端口 b進(jìn)入光纖環(huán)形器120，并由第三端口 c輸出至第一光纖色散元件140。其間，參考光與信號(hào)光合束后發(fā)生干涉形成頻域干涉信號(hào)。
[0045]所形成的頻域干涉信號(hào)經(jīng)第一光纖色散元件140的進(jìn)一步脈沖展寬處理后進(jìn)入第一光信號(hào)放大器170，經(jīng)第一光信號(hào)放大器170的放大后進(jìn)入光電探測器151。光電探測器151將接收到的頻域干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送到示波器152。由示波器152對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置160，由數(shù)據(jù)處理裝置160進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到待測目標(biāo)S的速度。
[0046]具體的，數(shù)據(jù)處理裝置160通過分析示波器152所記錄的干涉信號(hào)獲得待測目標(biāo)S的速度的實(shí)施方式可以為:通過時(shí)頻分析方法，如窗口傅立葉變換方法或者連續(xù)小波變換方法可以得到干涉信號(hào)的頻率。由于干涉信號(hào)的頻率與待測目標(biāo)S的運(yùn)動(dòng)速度成正比，因此根據(jù)所得到的干涉信號(hào)的頻率信息即可以得到待測目標(biāo)S的速度。此外，也可以通過傅立葉變換方法可以得到干涉信號(hào)的相位，由于干涉信號(hào)的相位與待測目標(biāo)S的位移成正比，因此根據(jù)所得到的干涉信號(hào)的相位信息即可以得到待測目標(biāo)S的位移，再進(jìn)一步根據(jù)待測目標(biāo)S的位移得到待測目標(biāo)S的速度。
[0047]綜上所述，相對(duì)于現(xiàn)有的激光干涉測速設(shè)備，本發(fā)明實(shí)施例提供的干涉測速系統(tǒng)100通過啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110產(chǎn)生的啁啾脈沖作為光源，在攜帶速度信息的頻域干涉信號(hào)進(jìn)入探測裝置150之前，通過第一光纖色散元件140對(duì)所述頻域干涉信號(hào)進(jìn)行時(shí)間拉伸以降低干涉信號(hào)的頻率，從而有效地降低了對(duì)用于記錄該頻域干涉信號(hào)的探測裝置150的帶寬要求，提高了本干涉測速系統(tǒng)100的時(shí)間分辨及速度測量上限。例如，以12.5GHz帶寬的探測器和示波器152即可實(shí)現(xiàn)Ips甚至更低的采樣間隔，以及100km/S以上的速度測量。進(jìn)一步的，在發(fā)明本實(shí)施例提供的一種較佳的實(shí)施方式中，本干涉測速系統(tǒng)100由包括飛秒光纖激光器、第一光纖色散元件140、光纖環(huán)形器120、光纖探頭130、第二光纖色散元件及光纖放大器的全光纖光路結(jié)構(gòu)、光電探測器151、示波器152及數(shù)據(jù)處理裝置160構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整，避免了自由空間光路調(diào)節(jié)繁瑣的問題。
[0048]另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種干涉測速方法，如圖3所示，該干涉測速方法包括:
[0049]步驟S301，啁啾脈沖產(chǎn)生裝置110產(chǎn)生預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖，將啁啾脈沖的一部分傳輸至第一光纖色散元件140形成參考光，將啁啾脈沖的另一部分入射到待測目標(biāo)。
[0050]其中，預(yù)設(shè)脈沖寬度根據(jù)具體所測量的物理過程的持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)。例如，激光驅(qū)動(dòng)及磁驅(qū)動(dòng)飛片的物理過程的持續(xù)時(shí)間。
[0051]步驟S302，待測目標(biāo)S反射的啁啾脈沖傳輸至第一光纖色散元件140形成信號(hào)光，以使所述參考光與所述信號(hào)光發(fā)生干涉形成的頻域干涉信號(hào)。
[0052]步驟S303，第一光纖色散元件140對(duì)頻域干涉信號(hào)進(jìn)行脈沖展寬處理，并將處理后的頻域干涉信號(hào)傳輸至探測裝置150。
[0053]步驟S304，探測裝置150將接收到的頻域干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置160。
[0054]步驟S305，數(shù)據(jù)處理裝置160分析所述電信號(hào)得到待測目標(biāo)S的速度。
[0055]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的方法的具體工作過程，可以參考前述系統(tǒng)、裝置和單元實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。
[0056]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0057]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種干涉測速系統(tǒng)，其特征在于，包括啁啾脈沖產(chǎn)生裝置、第一光纖色散元件、探測裝置及數(shù)據(jù)處理裝置，所述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置的輸出端與所述第一光纖色散元件的輸入端耦合，所述第一光纖色散元件的輸出端與所述探測裝置耦合，所述探測裝置與所述數(shù)據(jù)處理裝置耦合； 所述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖一部分傳輸至所述第一光纖色散元件形成參考光，另一部分入射到待測目標(biāo);所述待測目標(biāo)反射的啁啾脈沖傳輸至所述第一光纖色散元件形成信號(hào)光，所述參考光與所述信號(hào)光發(fā)生干涉形成的頻域干涉信號(hào)經(jīng)所述第一光纖色散元件的脈沖展寬處理后進(jìn)入所述探測裝置； 所述探測裝置用于將所接收到的頻域干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)處理裝置； 所述數(shù)據(jù)處理裝置用于分析所述電信號(hào)得到所述待測目標(biāo)的速度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括光纖環(huán)形器及光纖探頭，所述光纖環(huán)形器包括第一端口、第二端口及第三端口，所述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置的輸出端與所述第一端口耦合，所述光纖探頭與所述第二端口耦合，所述第一光纖色散元件的輸入端與所述第三端口耦合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光纖色散元件與所述探測裝置之間還設(shè)置有第一光信號(hào)放大器，所述第一光纖色散元件輸出的脈沖展寬處理后的干涉信號(hào)進(jìn)入所述第一光信號(hào)放大器，經(jīng)所述第一光信號(hào)放大器的放大處理后進(jìn)入所述探測裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述啁啾脈沖產(chǎn)生裝置包括飛秒激光器和脈沖展寬器，所述飛秒激光器發(fā)出的脈沖激光入射到所述脈沖展寬器，經(jīng)所述脈沖展寬器的脈沖展寬處理后形成啁啾脈沖。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述飛秒激光器為飛秒光纖激光器，所述脈沖展寬器為第二光纖色散元件。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光纖色散元件與所述光纖環(huán)形器之間還設(shè)置有第二光信號(hào)放大器，所述飛秒光纖激光器發(fā)出的脈沖激光進(jìn)入所述第二光纖色散元件，經(jīng)所述第二光纖色散元件的脈沖展寬處理后形成啁啾脈沖，所述啁啾脈沖進(jìn)入所述第二光信號(hào)放大器，經(jīng)所述第二光信號(hào)放大器的放大處理后由所述第一端口進(jìn)入所述光纖環(huán)形器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光纖色散元件為長距離單模光纖。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光纖色散元件為光纖啁啾布拉格光柵。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光纖色散元件為色散補(bǔ)償光纖。10.一種干涉測速方法，其特征在于，所述方法包括: 啁啾脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生預(yù)設(shè)脈沖寬度的啁啾脈沖，將所述啁啾脈沖的一部分傳輸至第一光纖色散元件形成參考光，將所述啁啾脈沖的另一部分入射到待測目標(biāo)，其中，經(jīng)所述待測目標(biāo)反射的啁啾脈沖傳輸至所述第一光纖色散元件形成信號(hào)光，以使所述參考光與所述信號(hào)光發(fā)生干涉形成的頻域干涉信號(hào)； 所述第一光纖色散元件對(duì)所述頻域干涉信號(hào)進(jìn)行脈沖展寬處理，并將處理后的頻域干涉信號(hào)傳輸至探測裝置； 所述探測裝置將接收到的頻域干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置； 所述數(shù)據(jù)處理裝置分析所述電信號(hào)得到所述待測目標(biāo)的速度。
【文檔編號(hào)】G01S17/58GK106093962SQ201610632841
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月3日 公開號(hào)201610632841.3, CN 106093962 A, CN 106093962A, CN 201610632841, CN-A-106093962, CN106093962 A, CN106093962A, CN201610632841, CN201610632841.3
【發(fā)明人】劉壽先, 李建中, 陳光華, 陶世興, 王競, 彭其先, 鄧向陽
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院流體物理研究所