用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合及其应用，包括安装于发射端的V形发射端窗口和安装于接收端的球形接收端窗口。双光束穿过发射端窗口时，双光束的两条光束分别垂直于发射端窗口的表面入射，因此传播方向保持不变。测速槽内来自运动粒子的散射光沿接收端窗口的半径传播，因此传播方向不变，保证了光电探测器始终能够接收到多普勒信号。本发明专利技术应用于激光和精密测量领域，能够在空气

【技术实现步骤摘要】
用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合及其应用


[0001]本专利技术涉及激光和精密测量
，具体是一种用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合及其应用。

技术介绍

[0002]双光束差动激光多普勒测速仪利用双光束相交形成的控制体照射到流体中的运动粒子上，探测粒子散射光的多普勒频移来解算流体速度。水下双光束差动激光多普勒测速仪固联于载体上，测量载体相对于水的航行速度。为了防水，测速仪的光学、电学组件都封装于水下密封舱中，发射端发出的双光束通过密封舱上的发射窗口进入水体，水体中运动粒子的散射光通过接收窗口到达测速仪的光电探测器。发射、接收窗口一般使用易加工装配的玻璃平板，在窗口前后发生空气
‑
玻璃
‑
水的介质变化，导致光路发生折射。为了避免流体进入密封舱内，在装配水下双光束差动激光多普勒测速仪时，发射窗口与接收窗口之间并不是流体，而是空气。将装配完成的测速仪置于水中，水的折射效应造成测速槽内的发射控制体向接收窗口的方向偏移，接收控制体向发射窗口的方向偏移。测速槽内的发射控制体与接收控制体不重合，来自控制体的散射光不再聚焦于探测器光敏面上，导致探测器不能接收到多普勒信。然而此时密封舱已经封闭，无法调整光路结构使散射光重新聚焦于光敏面上，最终导致水下测速失败。
[0003]为降低窗口折射效应的影响，内流场测试的传统方法是采用折射率匹配技术，配制与窗口折射率相等的流体，此时激光经过玻璃
‑
流体界面时的折射率不变，不发生折射，但是自然存在的水下环境无法配制，折射率匹配技术不适用于水下激光多普勒测速仪的应用场景。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种用于水下双光束差动LDV(Laser Doppler Velocimetry，激光多普勒测速仪)的光学窗口组合及其应用，在光学窗口前后表面发生介质变化时，保证测速槽内的控制体位置不发生偏移，从而使控制体的像点始终落在光电探测器光敏面上，成功探测到多普勒信号，大幅降低光路调整的难度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合，包括：
[0006]发射端窗口，为V形结构，所述发射端窗口的V形开口朝向控制体的方向，所述发射端窗口的V形夹角与LDV的双光束夹角互补，且所述发射端窗口的两个V形边分别垂直于双光束的两个入射光光轴，所述发射端窗口的中心轴线平行于LDV光路系统的光轴；以及
[0007]接收端窗口，为球形结构，所述接收端窗口的球心与控制体中心重合，所述接收端窗口的中心轴线平行于LDV光路系统的光轴。
[0008]在其中一个实施例，所述发射端窗口包括平面结构的上后表面、上前表面、下后表面与下前表面；
[0009]所述上后表面朝向LDV的光发射单元，所述上前表面朝向控制体，所述上后表面与所述上前表面相互平行，且均垂直于LDV的一号光束；
[0010]所述下后表面朝向LDV的光发射单元，所述下前表面朝向控制体，所述下后表面与所述下前表面相互平行，且均垂直于LDV的二号光束。
[0011]在其中一个实施例，所述发射端窗口还包括弧面结构的前过渡面与后过渡面；
[0012]所述前过渡面的一端与所述上前表面相连，另一端与所述下前表面相连；
[0013]所述后过渡面的一端与所述上后表面相连，另一端与所述下后表面相连。
[0014]在其中一个实施例，所述上后表面的法线与所述下后表面的法线之间的夹角为α，且α＝arctan(D/2F)，其中，D为LDV双光束的间距，F为LDV中发射透镜的焦距。
[0015]在其中一个实施例，所述接收端窗口包括球形结构的前表面与后表面；
[0016]所述前表面朝向控制体，所述后表面朝向LDV的光接收单元，且所述前表面与所述后表面的球心重合。
[0017]为实现上述目的，本专利技术还提供一种水下双光束差动激光多普勒测速仪，包括上述的光学窗口组合。
[0018]在其中一个实施例，水下双光束差动激光多普勒测速仪还包括发射端密封舱、光发射单元、接收端密封舱以及光接收单元，且所述发射端密封舱与所述接收端密封舱之间具有测速槽；
[0019]所述光发射单元设在所述发射端密封舱内，所述发射端窗口设在所述发射端密封舱朝向所述测速槽的壁面上，且所述发射端窗口的V形开口朝向所述测速槽；
[0020]所述光接收单元设在所述接收端密封舱内，所述接收端窗口设在所述接收端密封舱朝向所述测速槽的壁面上，且所述接收端窗口的凹面朝向所述测速槽。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益技术效果：
[0022]1、相比现有平板窗口，本专利技术能够在空气
‑
玻璃
‑
流体界面的折射率改变时避免控制体位置偏移，始终保持发射控制体与接收控制体重合，从而大幅降低光路调整的难度，易于在水下环境成功探测到多普勒信号；
[0023]2、本专利技术的各个元件容易获得，装配简单，易于实现。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
[0025]图1为传统水下双光束差动激光多普勒测速仪的结构及其光路结构图；
[0026]图2为本专利技术实施例中水下双光束差动激光多普勒测速仪的结构及其光路结构图；
[0027]图3为本专利技术实施例中发射端窗口的轴测图；
[0028]图4为本专利技术实施例中发射端窗口的剖视图；
[0029]图5为本专利技术实施例中接收端窗口的轴测图；
[0030]图6为本专利技术实施例中接收端窗口的剖视图。
[0031]附图标号：
[0032]发射端密封舱1；
[0033]光发射单元2：激光器201、分光棱镜202、发射透镜203；
[0034]接收端密封舱3；
[0035]光接收单元4：光阑401、接收透镜402、光电探测器403、
[0036]发射端窗口5：上后表面501、上前表面502、下后表面503、下前表面504、前过渡面505、后过渡面506、第一法线507、第二法线508、发射端窗口的中心轴线509；
[0037]接收端窗口6：前表面601、后表面602、接收端窗口的中心轴线603；
[0038]测速槽7；
[0039]一号光束801、二号光束802；
[0040]激光多普勒测速仪光路主轴9。
[0041]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合，其特征在于，包括：发射端窗口，为V形结构，所述发射端窗口的V形开口朝向控制体的方向，所述发射端窗口的V形夹角与LDV的双光束夹角互补，且所述发射端窗口的两个V形边分别垂直于双光束的两个入射光光轴，所述发射端窗口的中心轴线平行于LDV光路系统的光轴；以及接收端窗口，为球形结构，所述接收端窗口的球心与控制体中心重合，所述接收端窗口的中心轴线平行于LDV光路系统的光轴。2.根据权利要求1所述的用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合，其特征在于，所述发射端窗口包括平面结构的上后表面、上前表面、下后表面与下前表面；所述上后表面朝向LDV的光发射单元，所述上前表面朝向控制体，所述上后表面与所述上前表面相互平行，且均垂直于LDV的一号光束；所述下后表面朝向LDV的光发射单元，所述下前表面朝向控制体，所述下后表面与所述下前表面相互平行，且均垂直于LDV的二号光束。3.根据权利要求2所述的用于水下双光束差动LDV的光学窗口组合，其特征在于，所述发射端窗口还包括弧面结构的前过渡面与后过渡面；所述前过渡面的一端与所述上前表面相连，另一端与所述下前表面相连；所述后过渡面的一端与所述上后表面相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，黄荣，聂晓明，王琦，席崇宾，向志毅，陈兰剑，罗晖，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：