基于多普勒效应的修正式测速传感器及其标定与测量方法技术

本发明专利技术涉及基于多普勒效应的修正式测速传感器及其标定与测量方法，所述测速传感器包括有激光束；分光镜，将入射的激光束分为激光束一与激光束二；反光镜，用于接收入射三角反射镜并被其反射的激光束一，并使激光束一反射至棱镜一；光电探测器一，用于接收经棱镜一折射并透射出的激光束一，并测量其入射位置；棱镜二，使激光束二发生折射，并透射出去；光电探测器二，用于接收透射出的激光束二，并测量入射位置。本发明专利技术通过多普勒效应：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，并通过激光束一在光电探测器一上入射位置的变化，从而计算出被测物体的速度，同时根据光电探测器二接收到激光束二的入射位置对被测物体的速度做出修正。

【技术实现步骤摘要】
基于多普勒效应的修正式测速传感器及其标定与测量方法
本专利技术涉及测量
，具体涉及一种基于多普勒效应的修正式测速传感器及其标定与测量方法。
技术介绍
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(PositionSensitiveDevice，位置灵敏(敏感)探测器)，在物体进行了小幅速度时，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。然而激光器本身发射的激光束在不同时刻可能波长不同，目前市面上的测速传感器在计算速度时，无法判别激光器本身射出的激光束波长是否发生变化，如果激光器发射的激光束本身存在波长变化，那么将导致使得被测物体的速度大小计算出现误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于多普勒效应的修正式测速传感器及其标定与测量方法。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于多普勒效应的修正式测速传感器，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；所述分光镜，将激光束分为激光束一与激光束二；所述激光束一，入射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；反光镜，用于接收第二反射面反射的激光束一，并使该激光束一反射至棱镜一；所述棱镜一，用于使所述反光镜反射的激光束一发生折射，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一，并测量其入射位置；棱镜二，接收由分光镜反射出的激光束二，使所述激光束二发生折射，并透射出去；光电探测器二，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一的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束二的入射位置的变化量，计算出被测物体的运行速度。在进一步的方案中，所述三角反射镜附着在被测物体上，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。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，所述经反光镜反射的激光束一射入棱镜一的棱镜面一，并发生折射，发生折射后的激光束一射入棱镜面二时，棱镜面二使得激光束一再次发生折射，并使激光束一从棱镜面二射出。在另一个方案中，所述棱镜二包括棱镜面三与棱镜面四，所述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，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。在进一步的方案中，所述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；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平行。另一方面，本专利技术同时提出位置变化量与运行速度标定方法，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、三角反射镜、反光镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二的位置关系，使得激光器射出的激光束入射至分光镜，所述分光镜将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射三角反射镜的第一反射面，经第二反射面反射后入射至反光镜，经反光镜反射至棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，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二接收；步骤三：给定不同大小的速度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,修正后的光电探测器位置变化量为X1-kY1、X2-kY2、X3-kY3…Xn-kYn，α2为入射至光电探测器二的激光束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与光电探测器一的接收面的夹角，L1为棱镜一出射的激光束入射到光电探测器一的路径长度，L2为棱镜二出射的激光束入射到光电探测器二的路径长度，通过非线性拟合获得原始激光波长下，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。另一方面，本专利技术还提供一种上述基于多普勒效应的修正式测速传感器的测量方法，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、三角反射镜、反光镜、棱镜一、棱镜二、光电探测器一、光电探测器二的位置关系，使得激光器射出的激光束入射至分光镜，所述分光镜将激光束分为激光束一与激光束二，所述激光束一入射三角反射镜的第一反射面，经第二反射面反射后入射至反光镜，经反光镜反射至棱镜一，经棱镜一透射后被光电探测器一接收，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二接收；被测物体沿靠近或远离激光器的方向运行，且运行过程中激光器发射的激光束沿同一光路传输至分光镜，而分光镜分射出的激光束一沿同一光路传输至反光镜，且被反光镜反射至棱镜一的同一位置；根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置的变化量、光电探测器二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公式和/或关系曲线，计算出被测物体的运行速度。与现有技术相比，使用本专利技术提供的一种基于多普勒效应的修正式测速传感器及其标定与测量方法，其有益效果为：本专利技术通过多普勒效应：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一的入射位置的变化量与光电探测器二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公式和/或关系曲线计算被测物体的运行速度，可以有效地修正因为激光器发射的激光束波长变化对测量结果的影响，提高测量效果。本专利技术测速传感器结构简单，成本低，并且通过对激光器自身发射的激光束的波长是否发生变化进行判别并对运行速度进行修正，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专利技术实施例的技术方案，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专利技术的某些实施例，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为本专利技术实施例中提供的一种基于多普勒效应的测速传感器的结构示意图。图2为本专利技术实施例中提供的另一种结构的基于多普勒效应的测速传感器的结构示意图。图中标记说明激光器1，激光束2，激光束一21，激光束二22，分光镜3，被测物体,4，三角反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多普勒效应的修正式测速传感器，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；所述分光镜，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；反光镜，用于接收第二反射面反射的激光束一，并使该激光束一反射至棱镜一；所述棱镜一，用于使所述反光镜反射的激光束一发生折射，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一，并测量其入射位置；棱镜二，接收由分光镜反射出的激光束二，使所述激光束二发生折射，并透射出去；光电探测器二，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一的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束二的入射位置的变化量，计算出被测物体的运行速度。

【技术特征摘要】
1.一种基于多普勒效应的修正式测速传感器，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；所述分光镜，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；反光镜，用于接收第二反射面反射的激光束一，并使该激光束一反射至棱镜一；所述棱镜一，用于使所述反光镜反射的激光束一发生折射，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一，并测量其入射位置；棱镜二，接收由分光镜反射出的激光束二，使所述激光束二发生折射，并透射出去；光电探测器二，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一的入射位置的变化量、光电探测器二接收到的激光束二的入射位置的变化量，计算出被测物体的运行速度。2.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的修正式测速传感器，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修正式测速传感器，其特征在于，所述三角反射镜呈直角三角形结构，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修正式测速传感器，其特征在于，所述棱镜一与棱镜二为同一个棱镜。5.根据权利要求4所述的基于多普勒效应的修正式测速传感器，其特征在于，所述棱镜一包括棱镜面一与棱镜面二，所述经反光镜反射的激光束一射入棱镜一的棱镜面一，并发生折射，发生折射后的激光束一射入棱镜面二时，棱镜面二使得激光束一再次发生折射，并使激光束一从棱镜面二射出；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°入射至反光镜；和/或，激光器发射的激光束呈45°入射至分光镜。7.根据权利要求1所述的基于多普勒效应的修正式测速传感器，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的修正式测速传感器，其特征在于，所述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；和/或，光电探测器二的接收面与经三角反射镜的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志会，张怡，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏,64