:
[0077] /'(/xElh'((〇) (6)
[0078] -倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)ifi可以寫為:
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083] 分析可知,除了一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)込中的歸一化振幅IA」和相位以外, 直流成分id中的載波與邊帶總的F-P光強(qiáng)透過率h' (?),也是信號(hào)光頻率《的函數(shù);它 們的頻移變化曲線如圖3所示:圖3(a)中的實(shí)線為h' (?)隨頻移變化曲線,為了便于 比較,未調(diào)制光的F-P光強(qiáng)透過率h(?)曲線也在該圖中給出,其用點(diǎn)線表示;通過觀察圖 3(a)可以發(fā)現(xiàn),h' (?)和h(u)曲線的形狀相似,峰值位置一致,只是h' (?)曲線的峰 值略低,半高全寬略大;這就說明可以利用h' (?)曲線像普通直接探測邊緣技術(shù)中利用 h(?)曲線(左側(cè)或右側(cè)邊緣部分)那樣來進(jìn)行回波信號(hào)多普勒頻移測量;圖3(b)中的實(shí) 線為一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)込中的歸一化振幅A。隨頻移變化曲線,可以看到在0頻移兩 偵牝存在隨頻移單調(diào)變化的曲線(即上下兩個(gè)峰值之間的部分),可以利用該部分曲線進(jìn)行 多普勒頻移測量;圖3(c)中的曲線為一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)i fi的相位隨頻移變化曲 線,可以看到在0頻移兩側(cè),存在兩條隨頻移單調(diào)變化的曲線,且它們的值域彼此分開,這 就使得這兩部分曲線可以同時(shí)用來進(jìn)行多普勒頻移測量;之前的相位調(diào)制激光多普勒頻移 測量方法就是利用圖3(b)或(c)中的曲線進(jìn)行多普勒頻移測量。
[0084] 本發(fā)明所述的利用相位調(diào)制激光多普勒測速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測速的方法,步驟一所述繪 制nA(?)的頻移變化曲線的具體步驟如下:
[0085] 步驟1. 1、在機(jī)械開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)下,利用計(jì)算機(jī)控制入射信號(hào)光的頻率《,單 頻率的信號(hào)光打到機(jī)械開關(guān)反射回的信號(hào)光經(jīng)過第二凸透鏡6、多模光纖7、第三凸透鏡8、 偏振片9、第四凸透鏡10和光纖相位調(diào)制器11,該信號(hào)光經(jīng)過F-P干涉儀16后輸出電流:
[0086] i=id+iD+i2D (4)
[0087] 其中,id為直流項(xiàng);in為一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào);i2£3為二倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào);
[0088] 步驟1. 2、計(jì)算機(jī)21對數(shù)據(jù)采集卡19采集到的信號(hào)i (t)進(jìn)行積分,使積分時(shí)間T 為正弦相位調(diào)制信號(hào)周期2倍的整數(shù)倍,一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)ifi (t)和二倍調(diào)制頻率拍 頻信號(hào)i2fi (t)項(xiàng)恰好為零,提取出直流信號(hào)id,即:
[0089] U
[0090] 其中,EQ為入射信號(hào)光場強(qiáng);t為時(shí)間;
[0091]
分別為零階和一階貝 塞爾函數(shù),《為入射信號(hào)光的頻率,D為相位調(diào)制頻率,F(xiàn)為F-P干涉儀的場強(qiáng)透過系數(shù);
[0092] 由于相位調(diào)制頻率D已知,利用計(jì)算機(jī)軟件生成與一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)ifi (t) 同頻率的兩個(gè)參考信號(hào):
[0093]
[0094] 將公式(11)與i⑴進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,得到:
[0095]
[0096] 其中,Rs"(t )、Rsrc(t)分別為與ire(t)、iTC(t)對應(yīng)的計(jì)算表達(dá)式;t是時(shí)間平 移量;
[0097] 步驟1. 3、使式(12)中的積分時(shí)間為正弦相位調(diào)制信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí),直流項(xiàng) id(t)以及二倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)項(xiàng)與參考信號(hào)的相關(guān)運(yùn)算值恰好為零,并且公式 (12)變?yōu)椋?br>[0098]
[0099] 其中,IA」和分別為一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)id的歸一化振幅和相位;
[0100] 利用方程組(13)得到:
[0101]
[0102]
[0103] 傘0〇)、A0〇)表示傘0、八0是《的函數(shù);
[0104] 要想利用方程(10)或(14)獲得h' (?)或|心|值進(jìn)行信號(hào)光多普勒頻移測量, 必須要求系統(tǒng)具有能量探測器對入射信號(hào)光的能量每進(jìn)行檢測;但是如果定義一個(gè)新的 量nA,其由式(14)和(10)相除獲得,即:
[0105]
[0106] 可以看到上式中分子和分母中含有的信號(hào)光能量茍項(xiàng)被約掉,|nA(?) |就是一 個(gè)與信號(hào)光能量無關(guān)的物理量,如果以其作為多普勒鑒頻的鑒頻參量,就無需使用能量探 測器,從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),少了一條噪聲混入的通道;在實(shí)際應(yīng)用中,可以假定 nA(co) = |nA(co)| ;<}>〇< 0, nA(?) =-|nA(co)| ;
[0107] 步驟1. 4、利用計(jì)算機(jī)控制入射信號(hào)光的頻率《在-0. 04FSR~0. 04FSR范圍內(nèi) 線性變化,每變化一次入射信號(hào)光的頻率《,執(zhí)行一次步驟1. 1-步驟1. 3,每次頻率變化后 均得到一個(gè)nA(?)值;根據(jù)每次頻率變化后得到的nA(?)值,繪制nA(?)的頻移變化曲 線,如圖4所示。
[0108] 圖4中實(shí)線為新定義的量nA隨頻移變化曲線,點(diǎn)線為一倍調(diào)制頻率拍頻信號(hào)歸一 化振幅心的頻移變化曲線;通過比較可以看到,在形式上nA(?)和Ajo)曲線極其相似, 都在上下兩個(gè)峰值之間存在著隨頻率單調(diào)變化的曲線部分,即:L 2寬度范圍的部分和1^寬 度范圍的部分,只是nA(?)曲線的上下兩峰值之間,曲線的斜率和頻移范圍更大。這就說 明如果可以利用新物理量nA(?)信號(hào)光多普勒頻移測量將會(huì)比利用&(?)具有更高的多 普勒頻移測量靈敏度和更寬的多普勒頻移測量范圍。
[0109] 其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0110] 四:
[0111] 本實(shí)施方式所述的步驟二的具體步驟如下:
[0112] 調(diào)整入射信號(hào)光的頻率u,使其落在在0FSR附近,單頻率的信號(hào)光打到機(jī)械開 關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài),利用機(jī)械開關(guān)反射回的信號(hào)光按照步驟1. 1-步驟1. 3計(jì)算出信號(hào)光的 nAhl然后利用nA(?)曲線求解測量出射信號(hào)光的頻率《的值,記作c^。
[0113] 如果出射信號(hào)光的頻率在0FSR位置,反射信號(hào)光的多普勒頻移A u的測量 范圍將是最大的(如圖4所示,-|~| ),如果出射信號(hào)光的頻率在偏離0FSR位置 太遠(yuǎn),將會(huì)影響多普勒頻移測量范圍,應(yīng)該通過輸出卡20調(diào)整出射光的頻率,使其落在 0FSR位置附近。
[0114] 其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】三相同。
【具體實(shí)施方式】 [0115] 五:
[0116] 本實(shí)施方式步驟三的具體步驟如下:
[0117] 調(diào)整入射信號(hào)光的頻率《,使其落在在0FSR附近,單頻率的信號(hào)光通過處于開啟 狀態(tài)的機(jī)械開關(guān)后,打到旋轉(zhuǎn)目標(biāo)5上,利用旋轉(zhuǎn)目標(biāo)5反射回的信號(hào)光按照步驟二的操 作,計(jì)算出信號(hào)光的nAhl然后利用nA(?)曲線求解測量出射信號(hào)光的頻率《的值,記 作%。
[0118] 其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】四相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種相位調(diào)制激光多普勒測速系統(tǒng),其特征在于:所述系統(tǒng)包括:激光器(1)、偏振 分光片(2)、機(jī)械開關(guān)(3)、第一凸透鏡(4)、旋轉(zhuǎn)目標(biāo)(5)、第二凸透鏡(6)、多模光纖(7)、 第三凸透鏡(8)、偏振片(9)、第四凸透鏡(10)、光纖相位調(diào)制器(11)、第五凸透鏡(14)、擴(kuò) 束鏡(15)、F-P干涉儀(16)、第六凸透鏡(17)、光電倍增管(18)、驅(qū)動(dòng)器(12)、信號(hào)發(fā)生器 (13)、