全光纤结构的多普勒速度传感器：宽测量范围与优化设计

"多普勒光纤速度传感器是一种基于多普勒频移原理的全光纤光路测速装置，旨在解决传统激光多普勒测速系统结构复杂、体积大、测量速度范围窄的问题。由电子科技大学光学工程专业的硕士研究生成建兵在导师廖云的指导下完成，该研究提出并实现了通过分段M-Z光纤干涉环两不等臂的相对长度来扩展速度测量范围，以及采用光强归一化技术来消除不同反射系数带来的测量误差。同时，通过优化激光发射机和接收机设计，提高了系统的稳定性和抗干扰能力。实验验证了理论和优化设计的正确性，并给出了实验结果和系统性能参数。" 多普勒光纤速度传感器的核心在于利用激光的多普勒效应来测定目标的运动速度。多普勒效应是指当光源或观察者相对于目标移动时，观察到的频率会发生变化。在光纤传感器中，激光光源通过光纤发送到目标，反射回来的光由于目标的运动会产生频率偏移，即多普勒频移。通过精确测量这个频移，可以推算出目标的速度。 为扩大测量范围，论文提出了一种创新的方案，即将M-Z光纤干涉环的两不等臂进行分段，这样可以更灵活地适应不同速度下的多普勒频移变化，从而实现宽速度范围的测量。 此外，针对不同反射物体表面反射系数不一致可能导致的测量误差，研究中采用了光强归一化的方法。这种方法通过对反射光强度的标准化处理，使得传感器能对不同反射性质的目标提供一致的测量结果。 在硬件设计方面，论文着重于优化激光发射机和光接收机。通过设计稳定的温控电路，防止环境温度变化对激光器输出功率的影响，以保持测量的准确性。同时，通过压缩系统带宽和降低噪声，提高接收机的灵敏度和信噪比，增强了系统的抗干扰能力。 为了进一步提升系统的性能，论文还探讨了信号与噪声的相关性和无关性，提出了数字平均技术。通过对信号进行多次数字平均，可以有效提升信噪比，增强系统的稳定性和抗干扰性能。 实验结果验证了上述理论和优化设计的正确性，给出了实际的测量数据和系统的关键性能指标，如测量精度、动态范围等。这些成果对于推动光纤传感器技术的发展，特别是在速度测量领域的应用，具有重要的理论和实践意义。