CN1303433C - 可测量不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒测速仪 - Google Patents

Abstract

可测量不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒测速仪，属于激光测量技术领域中涉及的一种测速仪，要解决的技术问题是提供可测不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒测速仪。解决的技术方案是：包括激光光源，光源光束分裂器及光电接收和电子学处理系统，调焦系统。在激光光源光束传播方向的光轴上，从左至右依次置有激光光源、光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统、调焦系统中的移动透镜、固定透镜，构成测量系统；被测运动物体的运动方向与测量系统的光轴和激光测距仪的光轴垂直；步进电机控制器依据激光测距仪测得的被测运动物体的距离，驱动步进电机带动滚珠丝杆转动，来调节移动透镜和固定透镜之间的距离，使激光束焦点准确地落在被测运动物体上。

Description

可测量不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒测速仪

一、技术领域：

本发明属于激光测量技术领域中涉及的一种可测量不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒测速仪。

二、技术背景：

多普勒效应在声学领域早为人们所熟知，它是十九世纪德国物理学家多普勒首先发现的。一个向着或离开声源运动的观察者所遇到的声波频率比静止不动时所遇到的声波频率要发生高或低的变化，产生一个频差。

爱因斯坦在他的相对论中指出：在光波领域中也存在着类似的多普勒效应，而且可以利用这一效应来测量运动物体的速度和位移。激光多普勒效应是光波领域中多普勒效应的一个具体体现。激光多普勒测量技术，特别是速度测量技术，因其属于非接触性测量，并且具有测量精度高，动态响应快，测量范围广等优点，得到快速的发展。

与本发明最为接近的已有技术，是德国POLYTEC公司生产的LSV040Sensor及LSV100 Control Processor的一种双光路激光多普勒测速仪，如图1所示，包括：激光光源1，光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统2，光学透镜3，运动物体4。激光光源1发出的激光束，经光束分裂器分为两路光，再经光学透镜3聚焦在被测运动物体4上，被测运动物体4将激光散射，散射后的激光经光学透镜3回到光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统2，光电接收器接收到散射的激光信号。经电子学处理后显示出被测运动物体4的运动速度。

该仪器存在的主要问题是要求激光多普勒测量系统与被测的运动物体之间的距离是固定的，也就是双光路激光的焦点位置落在运动物体上，激光多普勒测量系统只能测量与其距离固定不变的运动物体，测量系统的应用受到限制。

三、发明内容：

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于使激光多普勒测速系统能够测量离它任意远距离的运动物体的运动速度，特设计一种可改变焦距的光学系统，使被测运动物体与测量系统之间的距离不受限制。

本发明要解决的技术问题是提供一种可测量不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒测速仪。解决技术问题的技术方案如图2所示，包括激光光源5、光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统6、调焦系统即移动镜座7、移动透镜8、固定透镜9、壳体10、被测运动物体11、滚珠丝杆12、联轴节13、激光测距仪14、步进电机15、步进电机控制器16。

在激光光源5的激光束传播方向的光轴上，从左至右依次置有激光光源5、光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统6、安装在壳体10内的装在移动镜座7上的移动透镜8、固定透镜9，构成测量系统；步进电机15的轴平行于测量系统的光轴，滚珠丝杆12通过联轴节13与步进电机15的轴同轴线刚性固连，滚珠丝杆12与移动镜座7之间是精密螺纹配合，装在移动镜座7上的移动透镜8沿光轴随移动镜座7可左、右移动，调节移动透镜8和固定透镜9之间的距离；激光测距仪14的光轴与测量系统的光轴平行，被测运动物体11的运动方向与测量系统的光轴和激光测距仪14的光轴垂直；步进电机控制器16通过导线与步进电机15连接，依据激光测距仪14测得的被测运动物体11到测量系统的距离，驱动步进电机15旋转步距角，带动滚珠丝杆12转动，来调节装在移动镜座7上的移动透镜8和固定透镜9之间的距离，使测量系统的激光束焦点准确地落在被测运动物体11上。

工作原理说明：被测速的运动物体的运动方向与测量系统的激光束传播方向垂直，要使测速的数值准确，必须使激光束的焦点位置准确的落在被测运动物体上，用激光测距仪测得的测量系统与被测运动物体之间的实际距离，通过步进电机控制器控制步进电机旋转的步距，带动丝杆旋转调节移动透镜和固定透镜之间的距离，来调节测量系统的焦距，使激光束的焦点落在被测运动物体上，运动物体散射光通过固定透镜和移动透镜后被光电器件接收，经电子学处理后计算出接收到的散射光和激光光源的频差，根据多普勒频移公式即可得被测运动物体的运动速度。

本发明的积极效果：由于测量系统的焦距变化可调，可调整激光束的焦点落在距测量系统的不同距离的运动物体上，从而能充分发挥测量系统的功能，可测不同距离的运动物体的运动速度，与固定焦距的测速相比，焦距可调的激光多普勒测速仪，测试不同距离的运动物体速度，可灵活应用很方便。

四、附图说明：

图1是已有技术的结构示意框图，图2是本发明的结构示意框图，摘要附图亦采用图2。

五、具体实施方式：

本发明按图2所示的结构示意框图实施，激光光源5采用上海亚太技术玻璃公司生产的He-Ne激光器，光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统6采用美国TSI公司生产的1917C型，移动镜座7的材质采用LY12铝，移动透镜8采用K9玻璃，双凸透镜，口径φ＝50mm，焦距f＝188mm，固定透镜9，采用K9玻璃，平凹透镜，口径φ＝50mm，焦距f＝-60mm，壳体10的材质采用铝合金，被测运动物体11可选择汽车、火车、人骑自行车等，滚珠丝杆12采用材质为45^#钢，激光测距仪14采用徕卡DISTO^TMPRO4，步进电机15采用步距角为0.9°的步进电机，步进电机控制器采用北京光学仪器厂生产的SC101步进电机控制器。

Claims (1)

1、可测量不同距离运动物体速度的双光路激光多普勒测速仪，包括激光光源、光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统，被测运动物体，其特征在于本发明还包括调焦系统即移动镜座(7)、移动透镜(8)、固定透镜(9)、壳体(10)、被测运动物体(11)、滚珠丝杆(12)、联轴节(13)、激光测距仪(14)、步进电机(15)、步进电机控制器(16)；在激光光源(5)的激光束传播方向的光轴上，从左至右依次置有激光光源(5)、光束分裂器及光电接收和电子学处理显示系统(6)、安装在壳体(10)内的装在移动镜座(7)上的移动透镜(8)、固定透镜(9)，构成测量系统；步进电机(15)的轴平行于测量系统的光轴，滚珠丝杆(12)通过联轴节(13)与步进电机(15)的轴同轴线刚性固连，滚珠丝杆(12)与移动镜座(7)之间是精密螺纹配合，装在移动镜座(7)上的移动透镜(8)沿光轴随移动镜座(7)可左、右移动，调节移动透镜(8)和固定透镜(9)之间的距离；激光测距仪(14)的光轴与测量系统的光轴平行，被测运动物体(11)的运动方向与测量系统的光轴和激光测距仪(14)的光轴垂直；步进电机控制器(16)通过导线与步进电机(15)连接，依据激光测距仪(14)测得的被测运动物体(11)到测量系统的距离，驱动步进电机(15)旋转步距角，带动滚珠丝杆(12)转动，来调节装在移动镜座(7)上的移动透镜(8)和固定透镜(9)之间的距离，使测量系统的激光束焦点准确地落在被测运动物体(11)上。

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