【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光测速，尤其是涉及一种轴向多点激光多普勒测速系统、方法及应用。
技术介绍
1、激光多普勒测速仪（ldv）作为激光技术的重要应用，在速度测量领域具有广泛而前瞻性的应用前景。其基于激光的多普勒效应原理，通过测量目标物体或流体中散射光的多普勒频移，以非接触方式实现对速度的精确测量。ldv以其卓越的性能特征，包括高精度、微小测量点、快速动态响应和对速度方向的准确识别，成为科研和工程领域的热门选择。
2、近年来，随着技术的不断创新，传统的激光多普勒测速系统在速度信息获取方面存在一些局限性，主要表现为只能获取单点速度信息以及通过逐点扫描获得的区域速度分布图所需时间长的问题，对于复杂的流体动力学或快速变化的速度场景，这显然是不足够的。为了满足快速测量的需求，多点ldv测量系统逐渐崭露头角，成为该领域的前沿趋势。这类系统具备同时测量多个位置速度信息的独特能力，为科研和工程应用提供了更为灵活和全面的解决方案。
3、以tomoaki kyoden等人的研究为例，他们通过巧妙地提出了一个无限扩展的相交区域。流速的测量结果显示了一个较宽的相交区域，并利用光纤阵列对散射信号进行接收。操作测量区域的面积超过150mm，且小于±10mm。这一创新的方法不仅提高了多点速度测量的效率，同时降低了系统的复杂性，为快速而准确的速度测量打开了新的可能性。与此同时，koichi maru等研究人员采用阵列波导光栅（awg）构建多点ldvs系统，通过巧妙利用色散函数，有效降低了多个测点的波长灵敏度，将其降至传统ldv的1/10以下。
4、尽管在多点ldv领域取得了显著进展，但仍需应对一些技术挑战和系统限制。传统多点ldv系统通常包含复杂的光学元件和庞大的接收系统，导致设备光程较长、体积庞大、重量较重，易受外部环境因素干扰。这些局限性降低了系统在一些特定应用场景中的适用性，例如有限实验空间或对便携性要求较高的情境。因此，对小型、紧凑、高度集成化的多点ldv系统的需求逐渐凸显，以满足更广泛的实际应用需求。
5、（1）单点测量，只能获取单点速度信息，且通过逐点扫描获得的区域速度分布图，所需时间长；
6、（2）典型的多点 ldv系统往往带有大块的光学系统，光程长，体积大，限制了使用场景。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种轴向多点激光多普勒测速系统、方法及应用，具有后向接收方式，同时具备集成化和小型化的特点。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种轴向多点激光多普勒测速系统及方法，包括：
3、窄线宽激光器发出激光束；
4、衍射光束处理组件将激光束处理成多数衍射光束入射到测量区域，在测量区域形成共轴的测量点，形成第一轴线；
5、收束透镜组件使从待检测物体上一部分散射光集中到信号处理组件；
6、信号处理组件接收和记录含有运动微粒的多普勒信号。
7、优选的，所述衍射光束处理组件包括设置于窄线宽激光器一侧的准直透镜，所述准直透镜一侧设置有分束立方体，所述窄线宽激光器、准直透镜和分束立方体共轴设置，形成第二轴线；所述分束立方体的两侧分别设置有反射光栅。
8、优选的，所述分束立方体的分束比为50:50。
9、优选的，待检测物为垂直旋转的靶盘或有轴向速度的运动物体。
10、优选的，收束透镜组件包括凸透镜，所述凸透镜一侧依次设置有收束透镜和汇聚透镜，所述凸透镜、收束透镜和汇聚透镜设置在第一轴线的反向延长线上。
11、优选的，信号处理组件包括光电探测器、示波器和采集卡。
12、一种轴向多点激光多普勒测速系统的方法，包括以下步骤：
13、s1、窄线宽激光器发出的激光束经过准直透镜处理后，激光束进入分束立方体，分束立方体将激光束均匀地分成两束光，确保这两束激光束具有相等的光强；
14、s2、两束激光束再分别经过反射光栅，反射光栅将光分成不同的衍射阶，这些阶代表了不同的光路径和测量点，形成衍射光束；
15、每一阶衍射光束入射在待检测物上，散射在待检测物表面，将对应级次光聚焦照射到微粒上，形成携带多点速度信息的散射信号光束群；
16、s3、光束群经过收束透镜组件的聚光效应，使一部分散射光集中到信号处理组件上，对信号光束群进行信号处理：
17、光电探测器对光信号的光电转换、通过示波器的实时观察、采用专用的高速数据采集卡进行信号获取，随后连接到计算机端进行进一步的处理。
18、优选的，在信号处理的初步阶段，采用小波变换技术和低通滤波器对信号进行平滑处理，在频谱分析的过程中，结合短时傅里叶变换，利用小波变换法对多普勒频移的峰值进行提取，加强了系统对微粒运动速度信息的准确捕获。
19、一种轴向多点激光多普勒测速系统及方法在材料检测中的应用。
20、因此，本专利技术采用上述一种轴向多点激光多普勒测速系统、方法及应用，其技术效果如下：
21、（1）利用反射光栅形成多个测量体，从而获得多个轴向位置速度信息；
22、（2）采用后向式接收，并利用反射光栅，缩短光程，可实现小型化和集成化，体积小；
23、（3）对于面或者区域速度分布，多点扫描所需时间短；
24、（4）对于流体分层测量特别是边界流速获取有潜在的优势；
25、（5）可以应用解决涡流、湍流和颗粒运动，材料的声学和振动特性，监测机械系统的性能和故障诊断等问题。
26、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，所述衍射光束处理组件包括设置于窄线宽激光器一侧的准直透镜，所述准直透镜一侧设置有分束立方体，所述窄线宽激光器、准直透镜和分束立方体共轴设置，形成第二轴线；所述分束立方体的两侧分别设置有反射光栅。
3.根据权利要求2所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，所述分束立方体的分束比为50:50。
4.根据权利要求1所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，收束透镜组件包括凸透镜，所述凸透镜一侧依次设置有收束透镜和汇聚透镜，所述凸透镜、收束透镜和汇聚透镜设置在第一轴线的反向延长线上。
5.根据权利要求1所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，信号处理组件包括光电探测器、示波器和采集卡。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统的方法，其特征在于，在信号处理
8.根据权利要求7所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统的方法在材料检测中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，所述衍射光束处理组件包括设置于窄线宽激光器一侧的准直透镜，所述准直透镜一侧设置有分束立方体，所述窄线宽激光器、准直透镜和分束立方体共轴设置，形成第二轴线；所述分束立方体的两侧分别设置有反射光栅。
3.根据权利要求2所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，所述分束立方体的分束比为50:50。
4.根据权利要求1所述的一种轴向多点激光多普勒测速系统，其特征在于，收束透镜组件包括凸透镜，所述凸透镜一侧依次设置有收束透镜和汇聚透镜，所述凸透镜、收束透镜和汇聚透镜设置在第...
【专利技术属性】
技术研发人员：门少杰，玉秋媛，刘兆军，刘博涵，张霄，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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