一种参考光束型激光多普勒测速探头制造技术

一种参考光束型激光多普勒测速探头，在参考光束型激光多普勒测速探头其激光入射到行驶面前的激光路径上设置小夹角分光棱镜。参考光束型激光多普勒测速探头入射到行驶面上的激光被小夹角分光棱镜分成夹角为α的两束出射光入射到行驶面上。沿两束出射光原方向返回的两束地面散射光一起作为信号光，参考光束型激光多普勒测速探头中的参考光和与信号光在参考光束型激光多普勒测速探头中的光电探测器的光敏面上进行混频，光电探测器收集参考光和信号光混频形成多普勒信号。本实用新型专利技术可以解决测量时安装角难标定和车辆颠簸影响测量精度的问题。

A reference beam laser Doppler velocimetry probe

【技术实现步骤摘要】
一种参考光束型激光多普勒测速探头
本技术是涉及激光测速
，特别是涉及一种多普勒测速探头，其是一种用于测量车辆运动速度的仪器。
技术介绍
激光多普勒测速仪常见的测量模式有三种：参考光模式、自混合模式及双光束差动模式。在激光多普勒测速仪的车载应用场合中，参考光模式最合适。这是因为，一方面车辆运行过程中车辆离地面的距离是不断变化的，而双光束差动模式无法进行离焦测量，车辆上下颠簸会导致信号丢失；另一方面，自混合模式通过检测激光器后端输出光强的波动频率来测速，工作电流和外界温度的变化对多普勒频率的测量精度影响非常大，使得自混合模式的测速精度不高。传统车载参考光模式激光测速仪的光路结构如图1所示。整个激光测速仪固联在车式载体上，测量车辆相对于地面的运动速度。激光器出射的激光经准直镜准直后，由分束镜分成强度相等的两束光，一束经衰减片和全反镜沿原方向返回，再经过分束镜、滤光片和小孔光阑入射到光电探测器上，为参考光；另一束入射到运动表面上，各个方向都有散射光，其中沿原方向返回的散射光同样经过分束镜、滤光片和小孔光阑被光电探测器接收，为信号光。参考光与信号光在光电探测器的光敏面上进行混频。由于光电探测器的平方率效应，光电探测器输出的电压信号中包含两光束的差频(即多普勒频率)项，多普勒频率为其中fD是多普勒频率，λ是激光波长，θ是测速系统的激光发射倾角，v是车辆的运动速度。通过探测多普勒频率，即可解算出车辆的运动速度由(2)式可知，待测的速度与发射倾角密切相关。而在实际行驶过程中车辆时常发生颠簸，测速系统的激光发射倾角会发生变化，这就导致测得的速度不准确。为解决激光发射倾角变化带来的测量误差，周健等人使用Janus配置结构的两套子系统分别以相同的发射倾角向车头和车尾方向的地面发射激光束，保持发射频率相同，同时测量各自的多普勒频率，从而解算出激光发射倾角的变化量，得到载体的运动速度。该方法显著提高了测速精度，但有一个明显的缺点是使用两套激光多普勒测速仪，使得测速仪光路结构和系统整体结构更加复杂、可靠性降低、成本大大增加。
技术实现思路
针对现有传统参考光模式激光测速仪存在的上述缺陷，本技术的目的是提供一种参考光束型激光多普勒测速探头，其通过在参考光束型激光多普勒测速探头其激光入射到行驶面前的激光路径上设置小夹角分光棱镜，通过小夹角分光棱镜将参考光束型激光多普勒测速探头入射到行驶面上的激光分成夹角为α的两束斜射非对称激光束，利用两束斜射非对称激光束作为出射光，根据两束出射光对应的多普勒频率以及两束出射光的夹角测量车辆相对于行驶面的速度。本技术的出射光利用双斜射非对称激光束代替传统一束斜射激光，可以解决测量时安装角难标定和车辆颠簸影响测量精度的问题。为实现本技术之目的，采用以下技术方案予以实现：一种双斜射非对称车载激光测速装置，该测速装置安装在载体上随载体运动，测量载体相对于行驶面的运动速度，该测速装置包括参考光束型激光多普勒测速探头和信号处理单元，参考光束型激光多普勒测速探头将激光入射到行驶面上并收集散射光形成检测信号，参考光束型激光多普勒测速探头输出的检测信号传输至信号处理单元，信号处理单元实现速度解算。本技术的创新之处在于：在参考光束型激光多普勒测速探头其激光入射到行驶面前的激光路径上设置小夹角分光棱镜。通过小夹角分光棱镜将参考光束型激光多普勒测速探头入射到行驶面上的激光分成夹角为α的两束斜射非对称激光束，两束斜射非对称激光束作为出射光入射到行驶面上。根据两束出射光对应的多普勒频率以及两束出射光的夹角α测量车辆相对于行驶面的速度。本技术提供一种参考光束型激光多普勒测速探头，包括激光器、压缩准直透镜组，分束镜，衰减片，全反镜，滤光片，小孔光阑，光电探测器和小夹角分光棱镜。激光器发射出来的激光经压缩准直透镜组压缩准直后入射到分束镜，由分束镜分成等强度的两束激光，其中一束激光透过衰减片入射到全反镜后再次反射到衰减片进行衰减后经分束镜、滤光片、小孔光阑后作为参考光被光电探测器接收；另一束激光被小夹角分光棱镜分成夹角为α的两束出射光入射到行驶面上，两束出射光分别为1#出射光束和2#出射光束；沿两束出射光原方向返回的两束地面散射光一起作为信号光，信号光包括沿1#出射光束原方向返回的散射光和沿2#出射光束原方向返回的散射光，信号光经小夹角分光棱镜、分束镜、滤光片、小孔光阑后被光电探测器接收，参考光与信号光在光电探测器的光敏面上进行混频，光电探测器收集参考光和信号光混频形成多普勒信号。沿1#出射光束原方向返回的散射光与参考光在光电探测器的光敏面上进行混频形成多普勒信号，沿2#出射光束原方向返回的散射光与参考光在光电探测器的光敏面上进行混频形成多普勒信号，光电探测器探测到的多普勒信号中包含两个不同的多普勒频率，将光电探测器探测到的多普勒信号输入到信号处理单元，由信号处理单元提取出1#出射光束对应的多普勒频率fD1和2#出射光束对应的多普勒频率fD2，实现速度解算。信号处理单元实现速度解算的方法如下：对于1#出射光束对应的多普勒频率fD1和2#出射光束对应的多普勒频率fD2，有如下关系：其中：α为1#出射光束和2#出射光束之间的夹角，其大小由小夹角分光棱镜决定，其准确值由生产厂家提供；θ为1#出射光束的发射倾角；θ+α为2#出射光束的发射倾角。可得：通过探测1#出射光束对应的多普勒频率fD1和2#出射光束对应的多普勒频率fD2，结合已知的两束出射光间的夹角α即能推算出车辆运行的速度v。本技术中，信号处理单元中信号处理方法与传统信号处理单元的方法一样，也是基于FFT谱分析的方法，但是与传统信号处理单元的方法只搜寻一个多普勒谱峰不同，双谱峰处理单元中信号处理方法需要同时搜寻两个多普勒谱峰，然后再进行速度解算。具体如下：光光电探测器探测到的多普勒信号输入到信号处理单元中，首先进行自相关谱分析得到多普勒信号的自相关谱，然后搜索最大峰，根据最大峰的位置解算得到第一个多普勒频率；接着在原自相关谱中滤除最大峰及其附近频谱后再次搜索最大峰，根据再次搜索得到的最大峰的位置解算得到第二个多普勒频率，最后根据所得的两个多普勒频率进行加速度判别，从而明确两个多普勒频率与两出射光束的对应关系，得到1#出射光束对应的多普勒频率fD1和2#出射光束对应的多普勒频率fD2。本技术中，小夹角分光棱镜是由两个棱镜胶合而成。小夹角分光棱镜其两个棱镜间的胶合面镀透反比为1:1的分光膜，小夹角分光棱镜的入射面和出射面均镀增透膜。本技术中，参考光束型激光多普勒测速探头入射到行驶面上的激光被小夹角分光棱镜分成夹角为α的两束出射光入射到行驶面上。沿两束出射光原方向返回的两束地面散射光一起作为信号光，参考光束型激光多普勒测速探头中的参考光和与信号光在参考光束型激光多普勒测速探头中的光电探测器的光敏面上进行混频，光电探测器收集参考光和信号光混频形成多普勒信号传输至信号处理单元，信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种参考光束型激光多普勒测速探头，该测速探头安装在载体上随载体运动，其特征在于：在参考光束型激光多普勒测速探头其激光入射到行驶面前的激光路径上设置小夹角分光棱镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种参考光束型激光多普勒测速探头，该测速探头安装在载体上随载体运动，其特征在于：在参考光束型激光多普勒测速探头其激光入射到行驶面前的激光路径上设置小夹角分光棱镜。


2.根据权利要求1所述的参考光束型激光多普勒测速探头，其特征在于：包括激光器、压缩准直透镜组，分束镜，衰减片，全反镜，滤光片，小孔光阑，光电探测器和小夹角分光棱镜；
激光器发射出来的激光经压缩准直透镜组压缩准直后入射到分束镜，由分束镜分成等强度的两束激光，其中一束激光透过衰减片入射到全反镜后再次反射到衰减片进行衰减后经分束镜、滤光片、小孔光阑后作为参考光被光电探测器接收；另一束激光被小夹角分光棱镜分成夹角为α的两束出射光入射到行驶面上，两束出射光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，
申请(专利权)人：湖南波恩光电科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43