基于雙頻光纖光柵激光器的多普勒測速儀應(yīng)用研究.pdf

1、暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文題名（中英對照）：基于雙頻光纖光柵激光器的多普勒測速儀應(yīng)用研究ResearchonFiberopticDopplervelocimeterbasedonadualpolarizationfibergratinglaser作者姓名：匡澤遠(yuǎn)指導(dǎo)教師姓名：程凌浩及學(xué)位、職稱：博士，研究員學(xué)科、專業(yè)名稱：光通信與光傳感學(xué)位類型：學(xué)術(shù)學(xué)位論文提交日期：2016年6月6日論文答辯日期：2016年5月26日答辯委員會主席：論文評閱

2、人：學(xué)位授予單位和日期：I摘要摘要憑借非接觸測量、高空間分辨率、快速響應(yīng)和測量范圍大等眾多優(yōu)勢，激光多普勒測速儀已經(jīng)于各工程領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。激光多普勒測速儀是利用激光的多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對固體和流體運(yùn)動速度進(jìn)行測量的一種技術(shù)，光學(xué)多普勒效應(yīng)是激光多普勒測速技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。當(dāng)待測目標(biāo)物和激光多普勒測速儀的光源產(chǎn)生相對運(yùn)動時(shí)，從待測物表面散射回來的激光的頻率會改變，即多普勒頻移。多普勒頻移量的值取決于待測物運(yùn)動速度大小以及其速度方向與激光入

3、射方向的夾角。已經(jīng)研發(fā)出的單頻激光多普勒測速儀存在直流漂移的問題，容易受環(huán)境擾動影響，在實(shí)際應(yīng)用中存在許多限制。不存在直流漂移的外差式雙頻激光多普勒測速儀具有較高的信噪比和很強(qiáng)的抗干擾能力。但是采用的雙頻激光器的頻差決定了其最大測速范圍，故選擇頻差較大的激光器是提高雙頻激光多普勒測速儀測量速度范圍的關(guān)鍵。首先，根據(jù)目前激光多普勒測速儀存在的一些問題，本文提出了一種新的激光多普勒測速儀設(shè)計(jì)方案。這種方案采用了正交雙頻光纖光柵激光器作為光源

4、，通過光纖環(huán)形器和光纖準(zhǔn)直鏡完成激光的發(fā)射和接收反射光信號，精簡了傳統(tǒng)激光多普勒測速儀塊狀光學(xué)器件和機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，基本可以在全光纖內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)光纖集成，并具有良好的抗電磁干擾性能。此外，本文所采用的正交雙頻光纖光柵激光器以光纖為增益介質(zhì)，泵浦光的耦合效率高，拍頻可以在216GHz的范圍內(nèi)調(diào)諧故其非常適合應(yīng)用到激光器多普測速儀中。針對激光多普勒測速儀信號處理數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，精度要求高等特點(diǎn)，本文將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到激

5、光多普勒測速儀信號解調(diào)當(dāng)中。根據(jù)前期可行性實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行LDV測量信號的數(shù)字信號解調(diào)算法分析。利用希爾伯特變換從混頻信號中將含有多普勒頻移的包絡(luò)信號提取出來，然后通過調(diào)頻解調(diào)算法得到多普勒頻移量。最后，為了驗(yàn)證本文所提出的基于雙頻光纖光柵激光器的多普勒測速方案的可行性和具體性能，在實(shí)驗(yàn)室搭建了一套基于雙頻光纖光柵激光器的多普勒測速系統(tǒng)以及數(shù)字信號解調(diào)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過數(shù)字信號處理單元的解調(diào)，這種測速方案可以實(shí)現(xiàn)對高速運(yùn)動