本實(shí)用新型屬于光電瞬態(tài)測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光功率控制系統(tǒng)及激光多普勒測速儀。

背景技術(shù)：

目前，采用傳統(tǒng)激光多普勒測速儀對爆轟加載下試樣的運(yùn)動速度進(jìn)行測量時(shí)，由于發(fā)射出的測試光功率為恒定，而爆轟加載下被測物表面狀態(tài)(粗糙度、反射角)會發(fā)生突變，發(fā)射光經(jīng)由被測試樣表面反射回儀器的光功率隨被測物表面狀態(tài)變化而變化，這種不穩(wěn)定功率的反射光與參考光進(jìn)行干涉所產(chǎn)生的干涉信號幅值和基線不穩(wěn)定，易導(dǎo)致示波器測試波形出現(xiàn)超屏甚至信號丟失的現(xiàn)象，從而影響測試結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

【要解決的技術(shù)問題】

本實(shí)用新型的目的是提供一種光功率控制系統(tǒng)及激光多普勒測速儀，以使反射光功率穩(wěn)定，從而獲得幅值穩(wěn)定、基線穩(wěn)定和高信噪比的干涉信號，提高激光多普勒測速方法的可靠性和準(zhǔn)確性。

【技術(shù)方案】

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本實(shí)用新型首先涉及一種光功率控制系統(tǒng)，包括光功率參考值輸入模塊、反射光功率檢測模塊、控制器、光功率調(diào)節(jié)模塊，

所述光功率參考值輸入模塊被配置成：接收激光多普勒測速儀的激光器發(fā) 射的參考光并檢測參考光功率，將參考光功率信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒃撾娦盘柊l(fā)送至控制器；

所述反射光功率檢測模塊被配置成：接收反射光并檢測反射光功率，將反射光功率信息轉(zhuǎn)化為電信號并將該電信號發(fā)送至控制器；

所述控制器被配置成：接收光功率參考值輸入模塊發(fā)送的電信號和反射光功率檢測模塊發(fā)送的電信號，計(jì)算控制量并將該控制量發(fā)送至光功率調(diào)節(jié)模塊；

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述控制器為模擬控制器。

本實(shí)用新型還涉及一種激光多普勒測速儀，其包括激光器、第一分光器、環(huán)形器、耦合器、光電轉(zhuǎn)換模塊和探頭，其還包括上述實(shí)施方式中任一所述的光功率控制系統(tǒng)、第二分光器、第三分光器，所述激光器的輸出端與第一分光器的輸入端連接，所述第一分光器的一個(gè)輸出端與第二分光器的輸入端連接，所述第二分光器的一個(gè)輸出端與光功率參考值輸入模塊連接，所述第二分光器的另一個(gè)輸出端與耦合器連接，所述第一分光器的另一個(gè)輸出端與光功率調(diào)節(jié)模塊的光輸入端連接，所述環(huán)形器的第一端口與光功率調(diào)節(jié)模塊的光輸出端連接，所述環(huán)形器的第二端口與探頭連接，所述環(huán)形器的第三端口與第三分光器的輸入端連接，所述第三分光器的一個(gè)輸出端與反射光功率檢測模塊的輸入端連接，所述第三分光器的另一個(gè)輸出端與耦合器連接，所述耦合器的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊連接。

下面對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實(shí)用新型將反饋控制技術(shù)引入到激光多普勒測速儀，提出一種針對激光多普勒測速儀的光功率控制系統(tǒng)。具體地，將光功率控制系統(tǒng)接入激光多普勒測速儀，控制發(fā)射光功率依據(jù)反射光功率的大小變化情況而動態(tài)變化輸出，當(dāng)試樣反射面狀態(tài)變化導(dǎo)致反射光變?nèi)鯐r(shí)，光功率控制系統(tǒng)增強(qiáng)發(fā)射光功率，當(dāng) 試樣反射面狀態(tài)變化導(dǎo)致反射光變強(qiáng)時(shí)，控制系統(tǒng)減弱發(fā)射光功率，從而使反射光功率恒定且與參考光強(qiáng)度相等或保持固定比例。具體地，光功率參考值輸入模塊接收激光多普勒測速儀的激光器發(fā)射的參考光并檢測參考光功率，將參考光功率信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒃撾娦盘柊l(fā)送至控制器；反射光功率檢測模塊接收反射光并檢測反射光功率，將反射光功率信息轉(zhuǎn)化為電信號并將該電信號發(fā)送至控制器，其中由于參考光功率保持不變，因此當(dāng)反射光功率越大時(shí)，參考光功率與反射光功率的差值越?。豢刂破饔?jì)算參考光功率與反射光功率的差值，根據(jù)該差值以及控制算法計(jì)算控制量并將該控制量發(fā)送至光功率調(diào)節(jié)模塊，其中如果參考光功率與反射光功率的差值變小，則該控制量的作用為降低反射光功率，通過使光功率調(diào)節(jié)模塊的發(fā)射光的功率變小來實(shí)現(xiàn)；光功率調(diào)節(jié)模塊接收激光多普勒測速儀的激光器發(fā)射的具有固定頻率的發(fā)射光，根據(jù)控制器輸出的控制量調(diào)節(jié)發(fā)射光的功率并將調(diào)節(jié)后的發(fā)射光進(jìn)行發(fā)射。

【有益效果】

本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案具有以下有益效果：

本實(shí)用新型中的發(fā)射光功率能夠根據(jù)反射光功率變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，從而可大大提升激光多普勒測速儀性能，主要體現(xiàn)五個(gè)方面：

(1)使反射光功率恒定且與參考光功率相等或保持固定比例，使反射光與參考光耦合干涉信號幅值穩(wěn)定、基線穩(wěn)定；

(2)降低示波器的靈敏度設(shè)置裕量，提高信號信噪比；

(3)保證被測物能夠返回足夠功率的光，提高測試信號的質(zhì)量，提高信號信噪比；

(4)抑制因?yàn)榉瓷涔馓鯇?dǎo)致的信號丟失現(xiàn)象，提高測試可靠性；

(5)具有自動增強(qiáng)發(fā)射光功率能力，可延長測試景深。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例一提供的激光多普勒測速儀光功率控制系統(tǒng)原理框圖。

圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例三提供的激光多普勒測速儀的原理框圖。

圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例三提供的激光多普勒測速儀在爆轟加載實(shí)驗(yàn)中的實(shí)施圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行清楚、完整的描述。

實(shí)施例一

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的光功率控制系統(tǒng)原理框圖。如圖1所示，該光功率控制系統(tǒng)1包括光功率參考值輸入模塊11、反射光功率檢測模塊12、控制器13、光功率調(diào)節(jié)模塊14，控制器13包括求差模塊131和控制量計(jì)算模塊132。具體地，光功率調(diào)節(jié)模塊14的輸入端接收發(fā)射光，光功率參考值輸入模塊11的輸入端接收參考光，反射光功率檢測模塊12接收反射光，控制量計(jì)算模塊132的輸出端與光功率調(diào)節(jié)模塊的電輸入端連接，求差模塊131的一個(gè)輸入端與反射光功率檢測模塊12的輸出端連接，求差模塊131的另一個(gè)輸入端與光功率參考值輸入模塊11的輸出端連接，求差模塊131的輸出端與控制量計(jì)算模塊132的輸入端連接。

光功率參考值輸入模塊11被配置成：接收參考光并檢測參考光功率，將參考光功率信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒃撾娦盘柊l(fā)送至控制器13；

反射光功率檢測模塊12被配置成：接收反射光并檢測反射光功率，將反射光功率信息轉(zhuǎn)化為電信號并將該電信號發(fā)送至控制器13，其中由于參考光功率 保持不變，因此當(dāng)反射光功率越大時(shí)，參考光功率與反射光功率的差值越小。

本實(shí)施例中，求差模塊131用于計(jì)算參考光功率與反射光功率的差值，控制量計(jì)算模塊132根據(jù)求差模塊131計(jì)算得到的參考光功率與反射光功率的差值計(jì)算得到控制量并將該控制量輸出至光功率調(diào)節(jié)模塊14，其中如果參考光功率與反射光功率的差值變小，則該控制量的作用為降低反射光功率，通過使光功率調(diào)節(jié)模塊的發(fā)射光的功率變小來實(shí)現(xiàn)。具體地，本實(shí)施例中，根據(jù)參考光功率與反射光功率的差值，結(jié)合PI控制算法可以求解得到控制量。

本實(shí)施例中，光功率調(diào)節(jié)模塊14被配置成：接收發(fā)射光，根據(jù)控制器13輸出的控制量調(diào)節(jié)發(fā)射光的功率并將調(diào)節(jié)后的發(fā)射光進(jìn)行發(fā)射。

采用實(shí)施例一中的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的光功率控制方法可以參考下述具體方法實(shí)施例。

實(shí)施例二

實(shí)施例二提供一種光功率控制方法，包括以下步驟。

步驟(1)：光功率參考值輸入模塊接收激光多普勒測速儀的激光器發(fā)射的參考光并檢測參考光功率，將參考光功率信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒃撾娦盘柊l(fā)送至控制器。

步驟(2)：反射光功率檢測模塊接收反射光并檢測反射光功率，將反射光功率信息轉(zhuǎn)化為電信號并將該電信號發(fā)送至控制器；

步驟(3)：控制器計(jì)算參考光功率與反射光功率的差值，根據(jù)該差值結(jié)合控制算法計(jì)算控制量并將該控制量發(fā)送至光功率調(diào)節(jié)模塊。本實(shí)施例中，控制算法為PI控制算法。

步驟(4)：光功率調(diào)節(jié)模塊接收激光多普勒測速儀的激光器發(fā)射的具有固定頻率的發(fā)射光，根據(jù)控制器輸出的控制量調(diào)節(jié)發(fā)射光的功率并將調(diào)節(jié)后的發(fā) 射光進(jìn)行發(fā)射。

實(shí)施例三

實(shí)施例三提供一種激光多普勒測速儀，其包括實(shí)施例一中的激光多普勒測速儀光功率控制系統(tǒng)1。

圖2為實(shí)施例三提供的激光多普勒測速儀的原理框圖，如圖2所示，其包括實(shí)施例一中的光功率控制系統(tǒng)1，其還包括激光器2、第一分光器3、環(huán)形器4、耦合器5、光電轉(zhuǎn)換模塊6、探頭7、第二分光器8、第三分光器9，激光器2的輸出端與第一分光器3的輸入端連接，第一分光器3的一個(gè)輸出端與第二分光器8的輸入端連接，第二分光器8的一個(gè)輸出端與光功率參考值輸入模塊11連接，第二分光器8的另一個(gè)輸出端與耦合器5連接，第一分光器3的另一個(gè)輸出端與光功率調(diào)節(jié)模塊14的光輸入端連接，環(huán)形器4的第一端口a與光功率調(diào)節(jié)模塊14的光輸出端連接，環(huán)形器4的第二端口b與探頭連接，環(huán)形器4的第三端口c與第三分光器9的輸入端連接，第三分光器9的一個(gè)輸出端與反射光功率檢測模12塊的輸入端連接，第三分光器9的另一個(gè)輸出端與耦合器5連接，耦合器5的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊6連接。

爆轟加載實(shí)驗(yàn)

下面將實(shí)施例三提供的激光多普勒測速儀應(yīng)用于爆轟加載實(shí)驗(yàn)。

如圖2所示，測量之前，將加入光功率控制系統(tǒng)1的激光多普勒測速儀放置在與爆轟加載裝置相隔一定距離且具有防護(hù)功能的測試間中，將光纖探頭7通過長距離光纜放置在飛片前端并與飛片垂直，通過長距離光纜將經(jīng)由光功率控制系統(tǒng)1的激光傳入光纖探頭7并從光纖探頭7發(fā)射到飛片表面。當(dāng)爆轟波加載飛片開始運(yùn)動時(shí)，發(fā)射光在飛片表面產(chǎn)生反射并具有多普勒效應(yīng)，從飛片表面反射回來的反射光進(jìn)入光纖探頭7并通過長距離光纜傳回至光功率控制系 統(tǒng)1，光功率控制系統(tǒng)1則會自動根據(jù)反射光的功率變化對發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，由于光路和電路的快速響應(yīng)能力，則可讓反射光的功率趨于穩(wěn)定。反射信號光攜帶有與參考光不同的多普勒頻移信息，二者經(jīng)過耦合器5耦合混頻后，二者頻率之差被光光電轉(zhuǎn)換模塊6探測到并經(jīng)示波器記錄下來。最后，根據(jù)采集到的波形數(shù)據(jù)，經(jīng)傅立葉變換提取出與飛片運(yùn)動速度成正比的頻率信息，最終獲得飛片運(yùn)動速度歷程。

從以上實(shí)施例可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例本實(shí)用新型中的發(fā)射光功率能夠根據(jù)反射光功率變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，從而可大大提升激光多普勒測速儀性能。一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例使反射光功率恒定且與參考光功率相等或保持固定比例，使反射光與參考光耦合干涉信號幅值穩(wěn)定、基線穩(wěn)定；另外，本實(shí)用新型實(shí)施例能夠降低示波器的靈敏度設(shè)置裕量，提高信號信噪比；同時(shí)，本實(shí)用新型實(shí)施例還能夠保證被測物能夠返回足夠功率的光，提高測試信號的質(zhì)量，提高信號信噪比；此外，本實(shí)用新型實(shí)施例能抑制因?yàn)榉瓷涔馓鯇?dǎo)致的信號丟失現(xiàn)象，提高測試可靠性；最后，本實(shí)用新型實(shí)施例具有自動增強(qiáng)發(fā)射光功率能力，可延長測試景深。

需要說明，上述描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，也不是對本實(shí)用新型的限制?；诒緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。