Устройство для бесконтактного измерения линейной скорости диффузно отражающих объектов

 

О Il И С A Н И Е 376723

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства М

Заявлено 29.Ill.1969 (Же 1317720/18-10) М, Кл. G Olp 3/36 с присоединением заявки зчо

Приоритет

Опубликовано 05ЛЧ.1973. Бюллетень A 17

Дата опубликования описания 8.VI.1973

Комитет по: делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 531.767.082.53..084.85(088.8) Авторы изобретения

Л. И. Видро, В. Е. Колкер, М. И. Лобачев, В. В. М и В. К. Михайлов

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ

СКОРОСТИ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретеййе относится к лазерным допплеровским измерителям скорости и мо>кет быть использовано в тех областях техники, где требуется точное бесконтактное измерение скорости диффузно отражающих объектов, предпочтительно в том случае, когда вектор скорости параллелен движущемуся объекту, например при,измерении скорости проката.

Известны устройства, измеряющие линейную скорость движения объектов по допплеровскому сдвигу частоты, содержашие лазер, фотоприемник, оптическую систему .и следящий фильтр.

В таких устройствах для измерения скорости диффузно отражающих объектов требуется пали.ие в тракте отраженного луча приемной диафрагмы, которая выполняется обычно в виде отверстия, максимальный диаметр которого ограничивается «площадью когерентности».

Недостатком известных устройств является малое отношение сигнала к шуму .и малая точность измерения.

Малое отношение сигнала к шуму обусловлено малой интенсивностью отраженного луча, прошедшего через диафрагму, отверстие которой выполняется возможно малым для уменьшения разброса углов, образуемых отра>кенными лучами с вектором контролируемой скорости.

Малая точность измерения обусловлена большим разбросом углов, образуемых относительно вектора контролируемой скорости, отра>кенными лучами, прошедшими через диафрагму, отверстие которой выполняется возможно большим для пропуска потока энергии, необходимого для восприятия его фотоприемником, и повышения отношения полезного сигнала к шуму.

10 Цель изобретения — повышение точности измерения и увеличение отношения сигнала к шуму — достигается тем, что диафрагма выполнена в виде щели, очерченой по дуге окружности, и помещена в плоскости, перпенди15 кулярной направлению движения измеряемого объекта, причем центр дуги расположен на пересечении с плоскостью диафрагмы прямой, параллельной вектору скорости, проходящей через центр пятна, образованного зопдирую2р щим лучом на контролируемой поверхности, длина дуги выбирается заполняющей аппертуру фокусирующей линзы, ширина щели — минимальной для выбранного фотоприемника.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 дано геометрическое построение, поясняющее работу диафрагмы.

Устройство состоит из газового ОКГ 1, интерферометра 2 и фотоприемника 8. В одном из плеч интерферометра находится облучаемая

3р лучом 4 поверхность 5, которая движется с

376723

50 линейной скоростью V и имеет диаграмму направленности б. В другом плече интерферометра находится опорное зеркало 7. Интерферометр содержит также разделительные пластины 8, 9 и фокусирующую линзу 10. На пути отраженного под углом р луча 11 расположены дугообразная диафрагма 12 и линза 18.

Луч газового OKI 1 разделительной пластиной 8 делится на две части. Одна часть луча 4, фокусируемая линзой 10, облучает в точке О движущуюся со скоростью Г поверхность 5 под углом а к проекции луча 4 на плоскость под углом а — — в обычных обозначениях).

Рассеянные под углом р к вектору скорости (под углом — — P в обычных обозначениях, 2 отнесенном к нормали) лучи 11, имеющие допплеровское смещени е частоты, воспринимаются диафрагмой 12 с дугообразной щелью и приемной линзой 1> фокусируются на фотоприемник 8. Одновременно на фотоприемник 8 попадает гетеродинный сигнал, идущий от опорного зеркала 7, и смешивается с сигналом смещенной частоты.

Точность измерения скорости зависит от отношения сигнал: шум и будет тем больше, чем больше это отношение. Последнее мо кет быть больше за счет увеличения интенсивности лучей, попадающих в фотоприемник, что достигается применением диафрагмы, выполненной в форме дуги. Точность измерения скорости зависит от угла расхождения отраженных лучей и будет тем больше, чем меньше этот угол, т. е. чем меньше ширина диафрагмы.

Отра>кенные движущейся поверхностью 5 лучи имеют допплеровское смещение частоты, определяемое следующим выражением:

F, — (сов а — cos ()... (I) где F, — допплеровское смещение частоты, V — скорость движущейся поверхности, Л вЂ” длина волны зондирующего луча, а — угол между зондирующим лучом и вектором скорости, f3 — угол между направлением приема и вектором скорости.

Интенсивность допплеровского сигнала зависит от количества лучей, пропущенных диафрагмой, но нз формулы (1) видно, что при с.= — const лучи, рассеянные под разными углами Р, дают различный допплеровскнй сдвиг частоты, т е. широкий спектр. Для увеличения интенсивности допплеровского сигнала без расширения его спектра необходимо из множества лучей, рассеянных диффузной поверхностью 5, выделить те, что отвечают условию

P = const.

Этому условию отвечают лучи, лежащие на конической поверхности, ось которой совпадает с направлением вектора скорости, а вершина находится в точке О падения зондирующего луча 4, причем плоский угол при вершине конуса равен 2Р.

В плоскости, перпендикулярной вектору скорссти, эти лучи лежат на дуге окружности с центром в точке 0 на оси конуса, что и определяет выбор формы щели диафрагмы.

Расположение диафрагмы в плоскости, перпендикулярной вектору скорости, является наиболее простым, так как при располо>кении диафрагмы в другой плоскости, например в плоскости, перпендикулярной центральному лучу, форма щели должна быть описана по дуге эллипса, представляющей собой центральную проекцию, определенной выше щели в плоскости, перпендикулярной направлению скорости на плоскость установки диафрагмы.

Полная длина щели диафрагмы определяется аппертурой приемной линзы 18, а минимальная ширина щели ограничивается чувствительностью фотоприемника.

Предмет изобретения

Устройство для бесконтактного измерения линейной скорости диффузно отражающих объектов, содержащее лазер, оптическую систему, фотоприемник и расположенную в тракте отраженного луча диафрагму, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения отношения сигнала,к шуму, диафрагма выполнена в виде щели, очерченной по дуге окружности, и помещена в плоскости, перпендикулярной направлению д вижения измеряемого объекта, причем центр дуги расположен на пересечении с плоскостью диафрагмы прямой, параллельной вектору скорости, проходящей через центр пятна, образованного зондирующим лучом на контролируемой поверхности, длина дуги выбирается заполняющей аппертуру фиксирующей линзы, а ширина щели — минимальной для выбранного фотоприемника, 376723

Редактор Л. Гончарова

Заказ 1610/13 Изд. № 411 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель С. Ющенко

Техред 3. Тараненко

Корректоры: Л. Корогод и Н. Луковцева