[实用新型]基于偏振效应和自混合效应的激光矢量测风雷达

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力风向测试技术领域，尤其涉及一种基于偏振效应和自混合效应的激光矢量测风雷达。

背景技术

风能作为清洁可再生能源，逐渐受世界各国的重视，催生了风力发电装机容量的迅速发展。但风力发电会受风速风向随机变化不利影响，包括风向变化带来的风机偏航问题与风速变化带来的功率波动问题，因此如何对风力风向的实时测量技术是实现高效能、高安全性风力发电的关键。

目前测风设备主要分为两大类型：传统的风杯风标式风速风向仪和新型的激光测风雷达。与传统的风杯风标式风速风向仪相比，新型的激光测风雷达不仅具有测试精度高、响应速度快的特点，还可实现对风速风向的非接触遥测，便于避开风机桨叶的干扰，同时激光测风雷达波长较短，探测光可被空气中的粉尘、气溶胶等粒子反射，更适用于晴空条件下的高精度实时风速风向测量，因此，新型的激光测风雷达已得到广泛应用。

现有的激光测风雷达按照工作机制可分为脉冲式和连续波两类。由于与脉冲式激光测风雷达相比，连续波激光测风雷达具有测试精度高、测试盲区小、成本低以及稳定性好等诸多优点，因此，其已成为目前风力发电机前方风速风向的实时检测的主要技术手段。

但是目前连续光激光雷达存在以下问题：

1.系统结构复杂，一般需采用光学外差干涉方式实现，光路至少需要参考光路和探测光路，如果需进一步对风速矢量多方向测量，光路更加复杂，成本较高。

2.光路元器件众多，即使采用镀膜工艺，楔角设计或倾斜安装等，不可避免带来额外损耗。

3.激光器光源是测风系统的主要成本来源。由于测风系统对多普勒频移的提取精度与散射光线宽密切相关，因此一般需窄线宽的激光器光源，大幅提高了相关成本。

4.由于风场中风际线采用非定点测量的机制，因此需要存在大量机械运动(扫描)元件，系统可靠性差。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种基于外界反馈光反馈回激光器谐振腔内形成的激光自混合效应，利用偏振分光同时检测方式或者偏振分时检测方式进行检测的连续波激光矢量测风方法及基于该方法的测风雷达。

为实现以上技术目的，本实用新型的一个技术方案是：

一种基于偏振效应和自混合效应的激光矢量测风雷达，包括激光器、偏振片、偏振分束器、第一分束器、第二分束器、第一探测器、第二探测器和数据处理单元，所述激光器出射激光，所述激光经偏振片形成初始线偏振光，所述初始线偏振光经偏振分束器分成第一线偏振光和第二线偏振光，所述第一线偏振光的偏振方向与第二线偏振光的偏振方向互相正交且两者与初始线偏振光的偏振方向之间的夹角均为45度，所述第一线偏振光和第二线偏振光投射到待测均匀风场中后返回，所述第一线偏振光的投射方向与第二线偏振光的投射方向之间的夹角小于90度，返回的第一线偏振光和第二线偏振光沿原路反馈回激光器谐振腔内形成激光自混合信号，所述激光自混合信号包含有第一线偏振光偏振方向的激光自混合信号分量和第二线偏振光偏振方向的激光自混合信号分量，第一线偏振光偏振方向的激光自混合信号分量和第二线偏振光偏振方向的激光自混合信号分量分别经第一分束器和第二分束器反馈到第一探测器和第二探测器中，第一探测器和第二探测器分别将自己接收到的激光自混合信号分量转换成电信号后输出，数据处理单元对输出的两组电信号分别进行处理分析得出两个矢量方向的风速信息，然后再对两个矢量方向的风速信息进行合成即可得到实际的风速和风向信息。

作为改进，还包括第一扩束望远系统和第二扩束望远系统，所述第一线偏振光和第二线偏振光分别通过第一扩束望远系统和第二扩束望远系统投射到待测均匀风场中。

作为优选，所述第一扩束望远系统和第二扩束望远系统均为反射式扩束望远系统或者透射式扩束望远系统。

作为优选，所述偏振分束器采用布鲁斯特窗口片或者沃拉斯顿棱镜。

作为优选，所述激光器为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或者气体激光器。

为实现以上技术目的，本实用新型的另一个技术方案是：