Способ измерения модуля относительной скорости объекта
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения скорости объектов, поверхность которых содержит оптические неоднородности. Цель изобретения - повышение информативности способа за счет дополнительной возможности измерения модуля скорости рассеивающих элементов относительно объекта при его произвольном поступательно-вращательном движении в пространстве. Участок поверхности произвольно движущегося объекта освещают из точки О когерентным излучением длиной волны λ. Регистрацию рассеянного спекл-поля производят приемником, расположенным в точке Р. Измеряя и учитывая направления освещения и регистрации излучения R<SB POS="POST">о</SB>, R<SP POS="POST">Ъ</SP> и R, R<SP POS="POST">Ъ</SP>, определяют в пятне излучения на поверхности объекта положения точек, соответствующих максимальному и минимальному оптическим путям от излучателя до приемника и определяют направление линии A, соединяющей эти точки. Определяют углы между направлениями R<SB POS="POST">o</SB>D, R<SP POS="POST">л</SP>D, а также R<SB POS="POST">o</SB>V и R<SB POS="POST">л</SB>V<SB POS="POST">о</SB>, где V - известное направление поступательной скорости объекта в целом. Преобразуя оптический сигнал в электрический и проводя спектральный анализ электрического сигнала, определяют модуль скорости объекта из соотношения, приведенного в описании. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕ Н-АЛЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - 3 о О 2 - 4 sin гоо ((1, г3 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4438187/10 (22) 09.06.88 (46) 15.08.91. Бюл. М 30 (72) В.И.Бронников и А.Я.Прилипко (53) 532,574 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N. 626413, кл. G 01 P 3/36, 1975. Авторское свидетельство СССР М 1483380, кл. G 01 P 3/36, 1987 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения скорости объектов, поверхность которых содержит оптические неоднородности, Цель изобретения — повышение информативности способа за счет дополнительной возможности измерения модуля скорости рассеивающих элементов относительно объекта при его произвольном поступательно-вращательном движении в пространстве. Участок поверхИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оптической диагностике движущихся обьектов, содержащих оптические неоднородности. Цель изобретения — повышение информативности эа счет дополнительной возможности измерения модуля скорости рассеивающих элементов относительно обьекта при произвольном движении объекта в пространстве. На фиг.1 изображена векторная диаграмма рассеяния, поясняющая физическую сущность способа измерения; на фиг.2—. Ж,, 1670609 А1 ности произвольно движущегося объекта освещают иэ точки О когерентным излучением длиной волны Х. Регистрацию рассеянного спекл-поля производят приемником, расположенным в точке P. Измеряя и учитывая направления освещения и регистрации излучения г0, г 0 и r, г, определяют в пятне излучения на поверхности объекта положения точек, соответствующих максимальному и минимальному оптическим путям от излучателя до приемника, и определяют направление линии о. соединяющей эти точки, Опрецеляют углы между направлениями г0о, rd, а также г," г и Яг, где г — известное направление поступательной скорости обьекта в целом, Преобразуя оптический сиг- ) нал в электрический и проводя спектральный анализ электрического сигнала, определяют модуль скорости объекта из соотношения, приведенного в описании, 2 ил. схема устройства, реализующего способ измерения, Способ измерения осуществляют следующим образом (см. фиг.1), Поверхность произвольно движущегося обьекта освещают когерентным излучением с длиной волны А из точки О, для которой выполняется условие определяющее приближение волнового фронта к плоскому. Регистрируют динамическую спекл-структуру рассеянного объвк1670609 том излучения в точке наблюдения Р, для которой выполняется условие «м.е Л„1 sIn rd ((1, (2) определяющее соответствие дифракционной картины в точке наблюдения приближению дифракции Фраунгофера. Вектор 3 представляет собой линию наибольшей разности фаэ, проведенную в плоскости объекта, соответствующую распространению излучения от точки расположения источника О до приемника P. Начало вектора о соответствует точке А в пятне излучения на поверхнорсти объекта, оптический путь через которую от источника до точки наблюдения (регистрации) OAP минимален. Конец вектора о соответствует точке В, оптический путь через которую OBP максимален. Векторы г, и га определяют направления освещения точек А и В объекта, векторы r u r — направления приема излучения, рассеянного в точках А и В поверхности объекта. Иэображения объекта на фиг.1 соответствуют различным фазам его движения: а — положение объекта в момент времени т; б — положение объекта в момент времени t + ТЯ вЂ” вектор скорости объекта »е ч — вектор скорости рассеивающих элементов относительно объекта. Амплитуда рассеянного спекл-поля в точке регистрации может быть представлена следующим образом: еА = А/Е (» ) exp(I — »-(I го — а +»,! + + I г — а+ I)}х < ехр(ip(а)) )(pa (3) где Q — площадь рассеивающей области (пятна излучения); 3 — вектор, определяющий положение отдельного рассеивающего элемента 4 Q v скорость движения рассеивающего объекта как ансамбля рассеивающих элементов; А — коэффициент, характеризующий индикатриссу рассеяния, зависящий от оптических свойств рассеивающих неоднородностей объекта в пятне излучения; Е (а) — распределение амплитуды освещаемого излучения в пятне; р (а) — функция, определяемая случайным характером распределения рассеивающих неоднородностей объекта по высотам; знак < ... >обозначает операцию усреднений по пятну излучения, При выполнении пространственных условий (1) и (2), а также d/га, d/r «1 частотный энергетический спектр электрического сигнала, полученного иэ регистрируемого спекл-поля, принимает вид С(иР=f f(a f Е(а) Е(О- 7 -е 1е»р» лл л л Г 2» л е е -е » — Чл (саа < -Сс»Ы»»1 Яе -е л ° ° iexp/I — „, (са5 Г.4-соа Д 1) ( крI (ср(а-<1-(р(а-v)) т4 ad Я ) x »ЕХР I 63idй (Учитывая условия: 10 (4) е 1 е»р (v(а- ц-If <а-ч; j) >.3Я р1 15 (О .ри Ч„+ е где -е -Э Фл ° ию = 2л о = k (v+ v ) = — - ч (ссж г d— --»л 2ю -+л" 40 — cos rp d ) + — у — v (cos r ч — cos rp v.)— полуширина информативного контура частотного спектра основания для пучка с равномерным распределением плотности 45 мощности по сечению и полуширина по уровню I — для гауссового пучка. Проводя спектральный анализ электрического сигнала и определяя частоту f> положения максимума частотного спектра, S0 значение модуля скорости рассеивающего объекта определяют соотношения . ч= f<Л(сов г v cos го v), (6) определяя величину fa, значение модуля скорости рассеивающих элементов относительно объек та определяют из соотношения ч = (fa-f )X Л(сов г З-cos r, о) (7) Таким образом, измерение модуля скорости объекта и модуля скорости рассеива2л »ф» 20 атакже то, что функция ехр (i (гав -»h «» — соэго ч ) ) обуславливает сдвиг максимума частотного спектра на величину л 2л -л в„=2л1,„= к v = (cosrч — cosrp v), 25 - 2д. P rp к = - (— — — ) — вектор рассеяния, для г го 6(в) получим С(-i-IЛ rЕ(а-» -lЕ(а — "— 7v 1 т -==1)d») .)е" г(е- 1) Qd л »E(a- 1да(при Ю„,-я,аСд (Д»я„ V и 6(в) = 0 при в < в — o в ) щ. + ep 35 (5) 1670609 ющих элементов относительно объекта, пьи учете измеренных углов r v г ч, го"о и Ро возможно при произвольном движении объекта в пространстве, что расширяет область применения способа измерения скорости. Способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг,2. Излучение когерентного источника 1 через диафрагму 2 (при близком расположении обьекта для уменьшения расходимости п ка уч целесообразно испольэовать коллии 10 матор) освещает движущийся объект 3. Приемник 4 излучения установлен в точке наблюдения рассеянного спекл-поля. С помощью оптического отсчетного устройства и угломера (не показаны) определяют положение линии наибольшей разности фаз d. связывающей точки А и В, соответствующие минимальному и максимальному расстояниям источник — объект — приемник, а т измеряют углы г о, ro о, гv, ro v. Фотоприемник 4 преобразует оптический сигнал в электрический, который подается на вход спектроаналиэатора 5. С помощью анализатора 5 определяют частоту f>, соответствующую положению максимума частотного 25 спектра, его полуширину 4 и по отношениям (6) и (7) определяют модуль скорости рассеивающих элементов относительно объекта. Формула изобретения Способ измерения модуля относительной скорости обьекта, заключающийся в том, что движущийся в известном направлении объект освещают когерентным иэлчением с длиной волны А, определяют в 35 пятне излучения на объекте положение точки, оптический путь через которую от источника излучения до точки регистрации минимален, и точки, оптический путь через которую максимален, измеряют углы го"о и r d между направлением линии Ъ, соединяющей эти две точки, и направления освещения го и наблюдения г, оптические пути вдоль которых до пятна максимальны, регистрируют спекл-структуру рассеянного объизлучения, преобразуют зарегистрированное излучение в электрический сигнал, проводят спектральный анализ электрического сигнала путем измерения ширины спектра 4, по результатам которого судят о величине модуля скорости. о т л и ча ю шийся тем, что, с целью повышения информативности способа за счет дополнительной возможности измерения модуля скорости рассеивающих элементов относительно объекта при произвольном движен и и объекта в пространстве, дополнительно измеряют углы ro"Ô и F 7 между направлениями г, r и направлением скорости объекта v, модуль скорости объекта определяют иэ соотношения ч - fì Я(соэ г ч™- соs г v) модуль скорости рассеивающих элементов относительно обьекта определяют иэ соотношения ч = Ч вЂ” cos г d - cos г,о), где f — полуширинэ контура частотного спектра по уровню основания для пучка с равномерным распределением плотности мощности по сечению или по-г 1 луширина по уровню! — для гауссового пучка, à fM — частота, определяющая положение максимума частотного спектра, 1670609 4 иР 2 Составитель А.Тимофеев Редактор Л.Веселовская Техред М,Моргентал Корректор М;Максимишинец Заказ 2748 Тираж 335 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
