RU2788568C1 - Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра с волоконным вводом излучения - Google Patents
Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра с волоконным вводом излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788568C1 RU2788568C1 RU2022109984A RU2022109984A RU2788568C1 RU 2788568 C1 RU2788568 C1 RU 2788568C1 RU 2022109984 A RU2022109984 A RU 2022109984A RU 2022109984 A RU2022109984 A RU 2022109984A RU 2788568 C1 RU2788568 C1 RU 2788568C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- probing
- sensors
- optical
- exceed
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к исследованию быстропротекающих процессов с применением эффекта Доплера. Устройство включает измерительный модуль с источниками лазерного излучения, формирующими опорные и зондирующие сигналы, оптическим измерительным каналом, с оптическими датчиками приема-передачи излучения, элементами пассивной оптики, волоконной линии задержки и высокоскоростными волоконными переключателями, снабженными генераторами управляющих сигналов, усилители отраженного излучения и регистрирующую аппаратуру, включающую осциллограф с фотодетектором, при этом в качестве датчиков используют измерительные приемники, включающие по два оптических коллиматора, взаимная ориентация которых выполнена таким образом, что через один из них передается зондирующее излучение, а через другой собирается отраженный сигнал, образуя активно-пассивную систему регистрации, при этом датчики заклонены во встречных направлениях таким образом, что угол между их оптическими осями не превышает 6°, а расстояние между центрами пятен зондирования двух датчиков не превышает диаметр пятна зондирования каждого из них. Технический результат - повышение качества и точности получаемых данных, повышение мощности зондирующего излучения. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области исследований быстропротекающих процессов с применением эффекта Доплера с помощью лазерной гетеродинной диагностики и может быть использовано для непрерывной регистрации скорости движущегося объекта/объектов.
Известно устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра с волоконным вводом излучения, представленное в материалах заявки на изобретение US 2008/0094608 (публ. 24.04.2008). Устройство может быть выполнено многомодульным. Один измерительный модуль устройства содержит источник лазерного излучения, четыре оптических измерительных канала, каждый из которых включает циркулятор, сумматор, делитель, рефлектор, датчик приема-передачи излучения (коллиматор) и регистрирующую аппаратуру - фотодетектор, при этом сигналы с четырех каналов поступают на один осциллограф. Излучение по оптоволоконному каналу передается от лазера через делитель и циркулятор к датчику. Собранный с движущейся поверхности свет с доплеровским сдвигом передается через циркулятор по оптоволокну к детектору. В качестве опорного излучения используется отражение излучения от рефлектора. Далее, опорное и отраженное излучения складываются с помощью сумматора. Затем посредством интерференции отраженного и опорного лучей, идущих в одном направлении в одном волокне, реализуется амплитудная модуляция результирующего сигнала по изменению фазы, регистрируемая фотодетектором. Сигнал с фотодетектора записывается с помощью широкополосного осциллографа. На одном канале осциллографа регистрируется сигнал с одного оптическою датчика.
Недостатком устройства является то, что при использовании одного лазера для формирования и сигнального и опорного излучений часть экспериментальной информации находится на получаемых спектрограммах в низкочастотной области, где на полезный сигнал накладывается шумовая составляющая высокой интенсивности. Следствием может являться значительное снижение качества регистрируемых данных, а также их частичная потеря.
В качестве ближайшего аналога заявляемому устройству выбран доплеровский измеритель скорости движущейся поверхности на основе интерферометра с волоконным вводом излучения (патент RU 2657135, публик. 08.06.2018). Для исключения влияния низкочастотных шумов и повышения информативности измерений в измерительный модуль введено 15 дополнительных источников лазерного излучения для образования из них восьми пар и формирования 64 измерительных каналов, в которых источники между собой и в паре отличаются друг от друга по частоте, при этом оптическая система доплеровского измерителя скорости движущейся поверхности, предназначенная для трансляции, распределения и рекомбинации лазерного излучения, включает установленный в непосредственной близости к исследуемому объекту блок с волоконными циркуляторами и расположенное отдельно от этого блока устройство распределения лазерного излучения, представляющее собой отдельный блок, в который входят элементы пассивной оптики (ПО) - делитель, мультиплексоры и сумматоры, последние связаны с источниками лазерного излучения через высокоскоростные волоконные переключатели, которые расположены в своем отдельном блоке. Выходы волоконных циркуляторов соединены со входами мультиплексоров, обеспечивающих уплотнение сигналов с циркуляторов.
Недостатком ближайшего аналога является то, что получаемые с помощью него данные характеризуются наличием нулевых помеховых линий, которые в начальные моменты времени накладываются на полезный сигнал, не позволяя получить информацию о времени начала процесса и начальной скорости исследуемого объекта с требуемой точностью. Также данное устройство отличается относительно низкой мощностью зондирующего излучения (500 мВт) и соответственно не достаточно высокими значениями характеристики сигнал/шум получаемых спектрограмм.
Технический результат, достигаемый при применении заявляемого изобретения, заключается в значительном повышении качества и точности получаемых данных за счет полного отсутствия на экспериментальных данных нулевых помеховых линий и повышения мощности зондирующего излучения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что из оптической схемы доплеровского измерителя скорости исключается блок циркуляторов, что позволяет подавать на исследуемый объект излучение мощностью до 2 Вт.Также в качестве датчика используется измерительный приемник, включающий два оптических коллиматора, взаимная ориентация которых выполнена таким образом, что через один из них передается зондирующее излучение, а через другой собирается отраженный сигнал, образуя активно-пассивную систему регистрации. При этом датчики заклонены во встречных направлениях таким образом, что угол между их оптическими осями не превышает 6°, а расстояние между центрами пятен зондирования двух датчиков не превышает диаметр пятна зондирования каждого из них. Таким образом, нивелируется влияние обратного отражения от элементов оптической схемы на результирующий сигнал и исключается формирование нулевых помеховых линий.
На фиг. 1 представлена характеристика сигнал/шум получаемых спектрограмм с наличием нулевых помеховых линий при использовании прототипа: на фиг. 2 - отсутствие нулевых помеховых линий при использовании заявляемою изобретения, на фиг. 3 - измерительный приемник, на фиг. 4 изображена схема конкретного выполнения измерительного модуля заявляемого устройства, где:
1 - источник лазерного излучения №1, 2 - датчик №1, 3 - датчик 4 - оптический усилитель, 5 - источник лазерного излучения №2, 6 - оптический сумматор 90/10. 7 - фотодетектор, 8 - осциллограф.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить измерительный модуль с активно-пассивной регистрацией лазерного оптического гетеродин-интерферометра ЛОГИН, построенный по схеме фиг. 4 и включающий два волоконных лазера - для формирования зондирующего и опорного сигнала; два оптических датчика в конструктиве измерительного приемника (фиг. 3), которые заклонены во встречных направлениях таким образом, что угол между их оптическими осями составляет 6°, а расстояние между центрами точек зондирования двух датчиков не превышает 0,5 мм, причем через первый из них передается зондирующее излучение, а через второй собирается отраженный сигнал; оптический усилитель - для повышения мощности отраженного излучения; оптический сумматор 90/10 - для смешивания опорного и отраженного излучения; высокочастотный фотодетектор - для преобразования оптического сигнала в электрический; широкополосный осциллограф - для регистрации результирующего сигнала.
Измерительный модуль ЛОГИН с активно-пассивной регистрацией выполнен на следующей элементной базе;
- Источники лазерного излучения - волоконные, с выходной мощностью 2 Вт и отстраиваемой длинной волны в соответствии с таблицей 1, который включает
- Оптический сумматор 90/10 - волоконный, на длину волны λ=1550 нм
- Оптический усилитель - на длину волны λ=1550 нм. коэффициент усиления 10 дБ, минимальная входная мощность -40 дБм
- Фотодетектор - на длину волны λ=1550 нм, с шириной полосы пропускания 20 ГГц
- Осциллограф - с шириной полосы пропускания 20 ГГц и частотой дискретизации 50 ГГц
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Лазерное излучение от источника №1 (1) поступает на оптический датчик №1 (2) с помощью которого осуществляется зондирование исследуемой поверхности. Далее отраженное излучение собирается с помощью оптического датчика №2 (3) и пропускается через оптический усилитель (4). Опорное лазерное излучение формируется с помощью источника №2 (5). Усиленный отраженный сигнал суммируется с опорным в пропорции 90% (отраженное излучение) к 10% (опорное излучение) с помощью сумматора (6). Результирующий сигнал поступает на фотодетектор (7), откуда передается на канал регистрации осциллографа (8).
Таким образом, устранен недостаток ближайшего аналога, не позволяющий получить информацию о времени начала процесса и начальной скорости исследуемого объекта с требуемой точностью из-за наличия нулевых помеховых линий, которые в начальные моменты времени накладываются на полезный сигнал (фиг. 1). Как видно на представленной спектрограмме (фиг. 2). полученной с помощью заявляемого устройства, отсутствуют нулевые помеховые линии.
Claims (1)
- Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра с волоконным вводом излучения, включающее по крайней мере один измерительный модуль, содержащий источники лазерного излучения, формирующие опорные и зондирующие сигналы, оптический измерительный канал, в состав которого входят оптические датчики приема-передачи излучения, элементы пассивной оптики, волоконные линии задержки и высокоскоростные волоконные переключатели, снабженные генераторами управляющих сигналов, усилители отраженного излучения и регистрирующую аппаратуру, включающую осциллограф с фотодетектором, отличающееся тем, что в качестве датчиков используют измерительные приемники, включающие по два оптических коллиматора, взаимная ориентация которых выполнена таким образом, что через один из них передается зондирующее излучение, а через другой собирается отраженный сигнал, образуя активно-пассивную систему регистрации, при этом датчики заклонены во встречных направлениях таким образом, что угол между их оптическими осями не превышает 6°, а расстояние между центрами пятен зондирования двух датчиков не превышает диаметр пятна зондирования каждого из них.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788568C1 true RU2788568C1 (ru) | 2023-01-23 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7139446B2 (en) * | 2005-02-17 | 2006-11-21 | Metris Usa Inc. | Compact fiber optic geometry for a counter-chirp FMCW coherent laser radar |
US8508722B2 (en) * | 2008-04-30 | 2013-08-13 | Optical Air Data Systems, Llc | Laser doppler velocimeter |
RU2511606C2 (ru) * | 2012-08-22 | 2014-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра фабри-перо с волоконным вводом излучения |
RU2657135C1 (ru) * | 2017-07-27 | 2018-06-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Устройство доплеровского измерителя скорости движущейся поверхности на основе интерферометра с волоконным вводом излучения |
US20200217963A1 (en) * | 2019-03-21 | 2020-07-09 | Nuctech Company Limited | Laser speed measuring method, control device and laser velocimeter |
RU2727778C1 (ru) * | 2019-08-27 | 2020-07-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" | Доплеровский волоконно-оптический измеритель начальной скорости снаряда |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7139446B2 (en) * | 2005-02-17 | 2006-11-21 | Metris Usa Inc. | Compact fiber optic geometry for a counter-chirp FMCW coherent laser radar |
US8508722B2 (en) * | 2008-04-30 | 2013-08-13 | Optical Air Data Systems, Llc | Laser doppler velocimeter |
RU2511606C2 (ru) * | 2012-08-22 | 2014-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра фабри-перо с волоконным вводом излучения |
RU2657135C1 (ru) * | 2017-07-27 | 2018-06-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Устройство доплеровского измерителя скорости движущейся поверхности на основе интерферометра с волоконным вводом излучения |
US20200217963A1 (en) * | 2019-03-21 | 2020-07-09 | Nuctech Company Limited | Laser speed measuring method, control device and laser velocimeter |
RU2727778C1 (ru) * | 2019-08-27 | 2020-07-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" | Доплеровский волоконно-оптический измеритель начальной скорости снаряда |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6285446B1 (en) | Distributed sensing system | |
US4861131A (en) | Displacement transducer with staggered optical fibres | |
CN108873007B (zh) | 一种抑制振动效应的调频连续波激光测距装置 | |
JPH0650842A (ja) | 光反射率計の較正方法及び光コヒーレンス領域反射率計 | |
US4272193A (en) | Method and apparatus for timing of laser beams in a multiple laser beam fusion system | |
CN111307054B (zh) | 基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置及方法 | |
WO2021199027A1 (en) | Method and apparatus for mapping and ranging based on coherent-time comparison | |
CN109412687B (zh) | 一种基于频域驻波法的光路时延快速测量装置 | |
US3286582A (en) | Interference technique and apparatus for spectrum analysis | |
US6297884B1 (en) | Interferometric instrument provided with an arrangement for producing a frequency shift between two interfering beam components | |
JP2732849B2 (ja) | 干渉測長器 | |
RU2657135C1 (ru) | Устройство доплеровского измерителя скорости движущейся поверхности на основе интерферометра с волоконным вводом излучения | |
JP2003322588A (ja) | 反射式ブリルアンスペクトル分布測定方法および装置 | |
RU2788568C1 (ru) | Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра с волоконным вводом излучения | |
CN109031341B (zh) | 一种使用连续调频激光雷达装置的物体运动速度测量方法 | |
CN114894123B (zh) | 一种高精密光楔角度测量装置及其测量方法 | |
CN114265079B (zh) | 一种采用掺铒光纤放大器的时分复用多普勒测速*** | |
KR102680481B1 (ko) | 광 측정 장치 | |
JPH0354292B2 (ru) | ||
JP3317281B2 (ja) | アレイ導波路回折格子の光路長測定装置 | |
CN112556585A (zh) | 一种测量***及测量方法 | |
CN207557479U (zh) | 基于共焦f-p腔的低散斑噪声激光多普勒测速装置 | |
US4176954A (en) | Equipment for measuring the length of dielectric elements transmitting optical frequencies | |
RU2811038C1 (ru) | Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра с волоконным вводом излучения | |
SU1631459A1 (ru) | Устройство дл определени диаграммы направленности антенны |