【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光多普勒测速领域，尤其涉及一种基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置和测量方法。
技术介绍
1、随着光电技术普及应用，激光多普勒测量技术已成为非接触测量的重要测试手段。激光多普勒测速技术基于多普勒效应，利用被测物体的运动速度与多普勒频移量的线性关系计算出物体的运动速度值，以其测量精度高、空间分辨率高、动态响应快、测量范围广、非接触测量等优点，在各领域中获得广泛应用，如流体速度场、雾化速度和粒径分布、湍流燃烧等测量。在工业现场和科研中对流体速度和固体移动速度的测量，在医学领域中用于监测血管血液流速，在安全监控领域用于风速、湍流、汽车的测速与定位等，在航空航天领域用于飞行器速度测量、发动机尾焰气流流场测量、空速测量等，具有广阔的应用市场和前景。
2、目前，激光多普勒测速系统有传统空间光多普勒测速和光纤多普勒测速。两者仍面临着如下问题：第一，传统空间光系统采用如分光镜、平面镜、透镜等分立的光学元件，结构复杂，装置庞大，调试难度大且比较耗时，难以获得良好的相干条件，难以实现高精度；第二，基于双光纤的多普勒系统，出射光束距离较大，不易直接在试验室内形成干涉场，仍需透镜将光束准直、耦合进入光纤，并且发射光路与接收光路分离，不便于调整，不利于测量装置的简化。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置和测量方法，具有结构紧凑、高集成度、高精度的优点，可在较短出射距离位置形成干涉场，降低对工作环境的要求。
2、本专利技术
3、一种基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，包括：
4、第一光源(1)、第一光分路器(2)、第二光源(3)、第二光分路器(4)、第一光波分复用器(5)、光环形器(6)、多芯光纤扇入扇出器(7)、探头(8)、第二光波分复用器(9)、第一光纤滤波器(10)、第二光纤滤波器(11)、第一光电探测器(12)、第二光电探测器(13)、模数转换器(14)、上位机(15)，其中，光学器件之间采用光纤连接，电学器件之间采用电连接；
5、所述第一光源(1)发出的第一探测光经所述第一光分路器(2)分为两路入射光，其中，所述第一光源(1)的第一路入射光经所述第一光分路器(2)的输出端口(2-1)进入所述多芯光纤扇入扇出模块(7)的输入端口(7-2)、经所述多芯光纤扇入扇出模块(7)的输出端口进入所述探头(8)的纤芯(8-1-2)出射；所述第一光源(1)的第二路入射光经所述第一光分路器(2)的输出端口(2-2)进入所述第一光波分复用器(5)的第一输入端口；所述第一探测光的波长为λ1；
6、所述第二光源(3)发出的第二探测光经所述第二光分路器(4)分为两路入射光，其中，所述第二光源(3)的第一路入射光经所述第一光分路器(4)的输出端口(4-1)进入所述多芯光纤扇入扇出模块(7)的输入端口(7-3)、经所述多芯光纤扇入扇出模块(7)的输出端口进入所述探头(8)的纤芯(8-1-3)出射；所述第二光源(3)的第二路入射光经所述经第一光分路器(4)的输出端口(4-2)进入所述第一光波分复用器(5)的第二输入端口；所述第二探测光的波长为λ2；
7、所述第一光波分复用器(5)的输出端合束输出混合出射光至所述光环形器(6)的第一端口，所述混合出射光经所述光环形器(6)的第二端口输出至所述多芯光纤扇入扇出模块(7)的输入端口(7-1)、再经所述多芯光纤扇入扇出模块(7)的输出端口进入所述探头(8)的纤芯(8-1-1)出射；所述混合出射光包含λ1和λ2两种波长，其中，λ1≠λ2；
8、所述探头(8)中，所述纤芯(8-1-1)的出射光是包含λ1和λ2两种波长的所述混合出射光，所述纤芯(8-1-2)的出射光波长为λ1，所述纤芯(8-1-3)的出射光波长为λ2；
9、所述纤芯(8-1-1)的混合出射光中波长λ1的光与所述纤芯(8-1-2)的出射光之间满足相干条件，在所述探头(8)的出射端附近干涉形成一组间距为d1的第一干涉条纹；所述纤芯(8-1-1)的混合出射光中波长λ2的光与所述纤芯(8-1-3)的出射光之间满足相干条件，在所述探头(8)的出射端附近干涉形成一组间距为d2的第二干涉条纹；两组干涉条纹相交、且条纹之间所成角度为β；两组干涉条纹所在位置处为干涉场；
10、粒子(16)经过所述干涉场过程中产生包含λ1和λ2两种波长的后向散射光，所述纤芯(8-1-1)接收所述后向散射光，所述后向散射光进入所述光环形器(6)的第二端口、并且从所述光环形器(6)的第三端口输出至所述第二光波分复用器(9)的输入端口，由所述第二光波分复用器(9)的2个输出端口输出；所述第二光波分复用器(9)的第一输出端口输出的所述后向散射光进入所述第一光纤滤波器(10)，所述第一光纤滤波器(10)滤除波长为λ2的光，滤出的波长为λ1的散射光进入所述第一光电探测器(12)；所述第二光波分复用器(9)的第二输出端口输出的所述后向散射光进入所述第二光纤滤波器(11)，所述第二光纤滤波器(11)滤除波长为λ1的光，滤出的波长为λ2的散射光进入所述第二光电探测器(13)；
11、所述第一光电探测器(12)将所述波长为λ1的散射光转换为第一模拟信号、传输至所述模数转换器(14)，所述模数转换器(14)将所述第一模拟信号转换为第一数字信号、再传输至所述上位机(15)；所述第二光电探测器(12)将所述波长为λ2的散射光转换为第二模拟信号、传输至所述模数转换器(14)，所述模数转换器(14)将所述第二模拟信号转换为第二数字信号、再传输至所述上位机(15)；
12、所述上位机(15)用于根据所述第一数字信号、所述第二数字信号，计算所述粒子(16)经过所述干涉场的速度v。
13、较优地，所述探头(80)的探头端面上，所述纤芯(8-1-1)与所述纤芯(8-1-2)的纤芯间距为a，所述纤芯(8-1-1)与所述纤芯(8-1-3)的纤芯间距为a；所述纤芯(8-1-1)和所述纤芯(8-1-2)所在直线与所述纤芯(8-1-1)和所述纤芯(8-1-3)所在直线所成角度为β，所述第一干涉条纹与所述第二干涉条纹所成角度为β。
14、较优地，所述粒子(16)与所述探头端面之间的距离为d，所述上位机(15)计算所述粒子(16)经过所述干涉场的速度的计算方式为：
15、对所述第一数字信号、所述第二数字信号进行频谱分析，得出多普勒频移量fd1、fd2；
16、计算干涉条纹间距d1、d2：
17、
18、
19、计算出所述粒子(16)在垂直于两组干涉条纹方向上的速度分量v1和v2：
20、v1＝d1·fd1
21、v2＝d2·fd2
22、求得合速度v：
23、
24、其中，α为两分速度夹角，α＝π-β。
25、较优地，所述探头(8)采用多芯光纤，由纤芯、包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，所述探头(80)的探头端面上，所述纤芯(8-1-1)与所述纤芯(8-1-2)的纤芯间距为a，所述纤芯(8-1-1)与所述纤芯(8-1-3)的纤芯间距为a；所述纤芯(8-1-1)和所述纤芯(8-1-2)所在直线与所述纤芯(8-1-1)和所述纤芯(8-1-3)所在直线所成角度为β，所述第一干涉条纹与所述第二干涉条纹所成角度为β。
3.如权利要求2所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，所述粒子(16)与所述探头端面之间的距离为D，所述上位机(15)计算所述粒子(16)经过所述干涉场的速度的计算方式为：
4.如权利要求3所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，所述探头(8)采用多芯光纤，由纤芯、包层、涂覆层、以及保护壳组成，探头端面具有增透膜，利于所述指定波长透过，减少端面菲涅尔反射。
5.如权利要求3所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，所述第一光纤滤
6.一种基于多芯光纤的二维激光多普勒测量方法，其特征在于，实施主体为权利要求1-5任一所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，步骤包括：
7.如权利要求6所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测量方法，其特征在于，所述粒子与所述探头端面之间的距离为D，所述步骤S3包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，所述探头(80)的探头端面上，所述纤芯(8-1-1)与所述纤芯(8-1-2)的纤芯间距为a，所述纤芯(8-1-1)与所述纤芯(8-1-3)的纤芯间距为a；所述纤芯(8-1-1)和所述纤芯(8-1-2)所在直线与所述纤芯(8-1-1)和所述纤芯(8-1-3)所在直线所成角度为β，所述第一干涉条纹与所述第二干涉条纹所成角度为β。
3.如权利要求2所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，所述粒子(16)与所述探头端面之间的距离为d，所述上位机(15)计算所述粒子(16)经过所述干涉场的速度的计算方式为：
4.如权利要求3所述的基于多芯光纤的二维激光多普勒测速装置，其特征在于，所述探头(8)采用多芯光纤，由纤芯...
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