基于双频光纤光栅激光器的多普勒测速仪应用研究

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：基于双频光纤光栅激光器的多普勒测速仪应用研究ResearchonFiber-opticDopplervelocimeterbasedonadual-polarizationfibergratinglaser作者姓名：匡泽远指导教师姓名：程凌浩及学位、职称：博士，研究员学科、专业名称：光通信与光传感学位类型：学术学位论文提交日期：2016年6月6日论文答辩日期：2016年5月26日答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在

2、导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得暨南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解暨南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权暨南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有

3、关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名签字日期：年月日签字日期：年月日学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：摘要凭借非接触测量、高空间分辨率、快速响应和测量范围大等众多优势，激光多普勒测速仪已经于各工程领域内广泛应用。激光多普勒测速仪是利用激光的多普勒效应实现对固体和流体运动速度进行测量的一种技术，光学多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础。当待测目标物和激光多普勒测速仪的光源产生相对

4、运动时，从待测物表面散射回来的激光的频率会改变，即多普勒频移。多普勒频移量的值取决于待测物运动速度大小以及其速度方向与激光入射方向的夹角。已经研发出的单频激光多普勒测速仪存在直流漂移的问题，容易受环境扰动影响，在实际应用中存在许多限制。不存在直流漂移的外差式双频激光多普勒测速仪具有较高的信噪比和很强的抗干扰能力。但是采用的双频激光器的频差决定了其最大测速范围，故选择频差较大的激光器是提高双频激光多普勒测速仪测量速度范围的关键。首先，根据目前激光多普勒测速仪存在的一些问题，本文提出了一种新的激光多普勒测速仪

5、设计方案。这种方案采用了正交双频光纤光栅激光器作为光源，通过光纤环形器和光纤准直镜完成激光的发射和接收反射光信号，精简了传统激光多普勒测速仪块状光学器件和机械调节装置，基本可以在全光纤内实现系统的设计，易于实现光纤集成，并具有良好的抗电磁干扰性能。此外，本文所采用的正交双频光纤光栅激光器以光纤为增益介质，泵浦光的耦合效率高，拍频可以在2-16GHz的范围内调谐,故其非常适合应用到激光器多普测速仪中。针对激光多普勒测速仪信号处理数据量大，实时性强，精度要求高等特点，本文将数字信号处理技术应用到激光多普勒测速

6、仪信号解调当中。根据前期可行性实验得到的实验数据，进行LDV测量信号的数字信号解调算法分析。利用希尔伯特变换从混频信号中将含有多普勒频移的包络信号提取出来，然后通过调频解调算法得到多普勒频移量。最后，为了验证本文所提出的基于双频光纤光栅激光器的多普勒测速方案的可行性和具体性能，在实验室搭建了一套基于双频光纤光栅激光器的多普勒测速系统以及数字信号解调系统。实验结果表明，经过数字信号处理单元的解调，这种测速方案可以实现对高速运动物体速度的精确测量，其灵敏度高达0.64M/(m/s),速度分辨率小于0.5%。关

7、键词：激光多普勒测速仪，数字信号处理，光纤激光器IAbstractDuetotheadvantagesincontactlessmeasurements,excellentspatialresolutionandfastresponse,laserDopplervelocimeters(LDV)havebeenextensivelyemployedinavarietyofengineeringcommunity.LDVisatechniquewhichtakesadvantageoftheDopplere

8、ffectoflaserforspeedmeasurementofmovingsolidorfluid.ThereforeopticalDopplereffectistheimportanttheoreticalbasisofLDV.WhenthelightsourceofanLDVandthemeasuredobjecthaverelativemotion,thefrequencyofthelaserscatteredfro