[发明专利]一种用于高速磁悬浮列车速度测量的激光探测装置及探测方法

说明书

本发明公开了一种用于高速磁悬浮列车速度测量的激光探测装置，包括：激光器，发射光学系统，接收光学系统，光电探测器，信号处理器，电磁屏蔽盒，还包括：条纹板。其中，所述的条纹板，包括：暗条纹和明条纹。工作时，激光器输出激光通过光纤传输至发射光学系统，发射光学系统将激光扩束后以一定发散角发射出去照射条纹板；磁悬浮列车行进时，条纹板的暗条纹、明条纹依次交替反射激光形成被调制的光信号，光信号进入接收光学系统发生光线会聚，再经光纤传输至光电探测器，光电探测器完成光电转换产生被调制的光电流，光电流传输至信号处理器，信号处理器判别光电流的调制频率，即条纹板明暗条纹的交替频率，从而推算出磁悬浮列车的行进速度。

技术领域

本发明涉及一种激光探测装置及探测方法，特别涉及一种用于高速磁悬浮列车速度测量的激光探测装置及探测方法。

背景技术

目前，国内外科研机构都在发展“超级高铁”项目，以图进一步缩短不同区域之间的交通时间，对于我国这样幅员辽阔的大国来说具有重要意义。目前部分单位已开展“超级高铁”的核心部件——磁悬浮列车的在轨运行试验，在这些试验中，对列车的行进速度进行实时测量可以为列车控制系统提供参数，并作为列车设计改进的依据。当前的测速手段普遍以微波或激光多普勒雷达为主，然而磁悬浮列车工作方式为电磁驱动，列车运动时产生极强的交变磁场，会严重干扰微波的传输，因此微波雷达无法在此种场合正常工作。激光多普勒雷达利用激光作为工作介质可以避免强磁场干扰，但是激光多普勒雷达采用相干检测体制，技术难度大，实现成本较高。

为此，本发明提出一种基于条纹计数的激光探测装置，可用于高速磁悬浮列车的速度测量，具有低成本、高可靠性的优点；该装置采用光学设备和电子设备相互分离的设计方案，可以有效解决强磁场干扰问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于高速磁悬浮列车速度测量的激光探测装置，以解决微波雷达在强磁场下无法使用而激光多普勒雷达技术难度大、成本高昂的问题。

针对上述技术问题，本发明提出一种用于高速磁悬浮列车速度测量的激光探测装置，包括：激光器(1)，发射光学系统(2)，接收光学系统(3)，光电探测器(4)，信号处理器(5)，电磁屏蔽盒(6)，还包括：条纹板(7)，用于设置在磁悬浮列车上；其特征在于，所述的条纹板(7)，包括：暗条纹(8)和明条纹(9)；激光器(1)与发射光学系统(2)通过光纤连接，接收光学系统(3)与光电探测器(4)通过光纤连接，信号处理器(5)通过线缆与光电探测器(5)连接；所述激光探测装置计算出磁悬浮列车的行进速度。

优选的，所述的激光器(1)为近红外波段半导体激光二极管。

优选的，所述的光电探测器(4)为硅光电二极管。

优选的，所述激光探测装置计算磁悬浮列车的行进速度：激光器(1)输出激光通过光纤传输至发射光学系统(2)，发射光学系统(2)将激光扩束后发射出去照射条纹板(7)；磁悬浮列车行进时，条纹板(7)的暗条纹(8)、明条纹(9)依次交替反射激光形成被调制的光信号，所述光信号进入接收光学系统(3)发生光线会聚之后传输至光电探测器(4)，光电探测器(4)完成光电转换产生被调制的光电流，光电流传输至信号处理器(5)，信号处理器(5)判别光电流调制频率，从而利用下式计算出磁悬浮列车的行进速度：列车行进速度V的计算公式为：V＝2d×f，d为条纹宽度，f为光电流调制频率。

优选的，所述光电流调制频率是条纹板明暗条纹的交替频率。

优选的，所述的暗条纹(8)为低反光材料。

优选的，所述的明条纹(9)为高反光材料。

优选的，激光器(1)，光电探测器(4)和信号处理器(5)固定安装在电磁屏蔽盒(6)内。

优选的，电磁屏蔽盒(6)为金属盒。

优选的，发射光学系统(2)、接收光学系统(3)放置于电磁屏蔽盒(6)外。