DE2112325A1 - Optisches Geraet zur gleichzeitigen Messung der Entfernung und der Geschwindigkeit eines beweglichen Objektes in bezug auf eine feste Markierung - Google Patents

Optisches Geraet zur gleichzeitigen Messung der Entfernung und der Geschwindigkeit eines beweglichen Objektes in bezug auf eine feste Markierung

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DE2112325A1
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optical
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Jean-Pierre Budin
Georges Roger
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Description

DR-MOLLER-BORg DIPL-PHYS. DR. MAN ITZ DIPL-CHEM-DiLDEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRXMKOW
PATENTANWÄLTE
15.März 1971
Fi/tn - C 2314
COPjPAGNIE GENERALE D1ELECTRICITE rue La Boetie, Paria 8e"me, Frankreich
Optisches Gerät zur gleichzeitigen Messung der Entfernung und der Geschwindigkeit eines beweglichen Objektes in bezug auf eine feste Markierung
Die Erfindung betrifft ein optisches Gerät zur gleichzeitigen Messung mit großer Genauigkeit der Entfernung d und der Eadxalgeschwindigkeit ν eines beweglichen Objektes in bezug au!" eine feststehende Markierung.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung der Entfernung d und der Geschwindigkeit ν eines beweglichen Objektes dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Laserquelle, die mindestens einen Lichtinpuls der Frequenz ·νΛ in Richtung des beweglichen Objektes aussendet, einen Detektor für einen Licht impuls der Frequenz Vp, der sich aus der Reflexion des Impulses der Frequenz v^ auf dem'beweglichen Objekt ergibt, xirobei Vp-v,- proportional zu ν ist, ein Zählwerk zur Ermittlung der Zeit ΔΈ", das den Augenblick der Aussendung des Impulses der Prequenz v- und den Augenblick der Detektion des Impulses der Frequenz Vp
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Dr. MOlUr-lort Or. Monlti · Dr. DtuM · Wp). Iftfl. nMtorwald Dtpl.-lng. Oftatkow
* aiftiuntdm«io,Amlerg«v«rict I MGndwn «, RoiMrt-Koch^tra·· 1 7 Stuttgart - Bod e«nnstoff
TW|Bni|7IIV (Mil) »3*45, Mrtfc* Boyw. Volkibankin, Μβπ<ίι«,ι, Kte.-Nr. WH PeMMJMdi: MOndten M«5
voneinander trennt, wobei d proportional £λΐΔ3Γϊεΐ, tine Laserquelle zur Au ε Sendung eines K^ierenalichtbüiicels der !Frequenz v, optische Geräte zur -ablenkung; eines 'IV.ils des Impulses der Frequenz V7,, eines Teils des Irrrulses Vp, eines Teils des Bündels der Frequenz ν i-.nd in dieser angebrachte Detektoren aufweist, die Signale der Ireq V7J-V und Vp-v ablesenden können, wobei eier Ausgang der Detektoren an den Eingang einer Spektralana^senvorrichtim^ der Signale der Frequenz V7,-v und Vp—ν angeschlossen ist, die aus einem mit einem akloistisch-optischen Ge;· äß verbundenen, auf dem .Wege eines LichtbiincLels aii^eoroneten Transduktor besteht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erx'inc-ung f.ehen aus de:? folgenden Beschreibunt; eines iiusfühnLaigsbeispiels anhano der Zeichnung hervor.
- Ji'ig. 1 stellt eine seheiaatisciie Gesantansicht einer erfindungsgeEiäßen Vorrichtung dar.
~ i'ig. 2 stellt eine schema tische äJeilansicht einer Ab-Wandlung der erfindungsgeiiaßen Vorrichtung dar.
In der Fig. 1 ist schematise!! eine Quelle 1, vorzugsweise ein Lasergenerator, dargestellt, die einen LicLtitapule der Frequenz V7. in eine Eichtung 2 auf ein bewegliches Objekt J. aussendet. Dieser Irapuls kanu beispielsweise eine Dauer in der Größenordnung von einigen NanoSekunden auiweisen. In.olre des Dopplereffekts hat der gegebenenfalls vom beweglichen Objekt 3 reflektierte Impuls eine !frequenz v^ wegen v? - V7,
= 2V7. — , wobei c die Licht ge schwindiglceit -und ν die Kadiali c
geschwindigkeit des beweglichen Objekts 3 sind.
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Sie erzindungsgeEiäße Vorrichtung weist außerdem einen Detektor des vom beweglichen Objekt 3 reXlektierten Impulses aui, wobei eine !Zählvorrichtung 200 zur Ermittlung des Zeitabstanaes {» >."', welcher die Au ε Sendung des Impulses der irequens Vx. und den Eup:'ang des Iiapulses der Frequenz vo durch den Detektor 4IOO trennt.
Die orxindungs^eiaäße "Vorrichtung vjeist ebenfalls eine ein Lieh {-"bündel/aussendende iieierensquelle 1V aui', deren Irrequens ν tinciosjens während der Höchstdauer des Seitabstandes££ konstant bleibt: Diese Quelle ist vorzugsweise ein Lasergenerator.
Optische Geräte 15, 16, 1?5 wie beispielsweise halbdurchlässire Platten, lenken .jpxiöils in eine gemeinsaine Richtung 6 einen 2eil des einfallenden Inpulses der i'requens v^-, einen i'eil des von "beweglichen Objekt 3 reflektierten Icipulses der · i-'requeiiz vo und einen Teil des Bündels 14 der Trequens ν ab.
Ein au± den V7e£ 6 angeordneter Detektor 5 kami an seinem Ausgang- ein &ignal der Frequenz v^-v aussenden, deia ein Signal der irequens Vp-v i'olgt. Der AusgaiiE des Detektors ist an eine Spektralanalysenvorrichtunr; aTigeschlossen, die aus einen 'iransduktor 10 "besteht, welcher mit dem Ausgang des Detektors 5 und dem Eingang einer beispielsweise mit einer Flüssigkeit oder einem Kristall, wie molybdänsaures Blei, gelullten aidoistisch-optischen Gefäß 9 verbunden ist. Das lichtdurchlässige Gefäß 9 ist in einem Lichtbündel 11 angeordnet, das von einen Laseigenerator ausgesendet werden kann; es schließt sich daran ein optisches System wie eine Linse 12 an, in deren *okas ein ßchiim 13 oder die
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_ Zj- -
lichtempfindliche irläche eines Liclitcektors angeordnet v.rerden kann.
Das Lichtbündel 11 kann parallel sein und lotrecht isun G-eiäß 9 angeordnet .werden.
Es ist vorzugsweise um einen Winkel b in be:;ug auf das Gefäß 9 angeordnet, wobei ψ in wesentlichen gleich οem halben Bragg1 sehen Winkel ist, der durch φ = 4£- bestiui.j.t P wird, wobei TV.die Wellenlänge des Lichtbüiidels 11, V ciie iaisbreitungsgeschwindigkeit der vom Transduktor 10 übertragenen 'Überschallwelle in dem akku sti ε οΙι-οώ tischen, , _ Gefäß 9 und ί die nittlere Frequenz des von den/aus[jesandten Signals ist.
Die eriindungsgeriäße Vorrichtung arbeitet iolgenderr.aßen:
In Anfangesustand wird kein Signal zu dem Transduktor 10 übertragen, und das Lichtbündel 11 wird in 19 in den Punkt "Null" des Schirms 1J .fokussiert.
Ein Lichtimpuls wird von der Quelle 1 in Eiclitung des sich ™ in Bevjegung befindlichen beweglichen Cb'iekts 3 ausgeserc-.et. Das Gefäß empfängt ein Signal der 3?requenr·. v^-v, das das Lichtbündel 11 ablenkt und es in ein LicLtbündel 17 verwandelt, das in A auf dem Schirm 13 fokussiert wix'd. Das einfallende Lichtbündel wird in A während der gesamten Ausbreitungsdauer des Signals der Frequenz ν^,-ν in dem Gefäß 9» beispielsweise einige selm hikrosekunden lang, sichtbar1.
.Das bextfegliche Objekt 3 reflektiert den einfallenden Impuls. Ein Teil dieses Impulses wird vom Detektor 100 empfangen,
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BkQ
auf den die Zählvorrichtung 200 cur Iiessung des Abstandes ei des bei*reglichen Objektes 3 folgt.
Ein anderer rDeil des Impulses der Frequenz Vp wird vom Detektor 5 ermittelt; das Gsiäß 9 lenkt dann das Licht-"bündel 11 ab, und es wird ein Lichtbündel 18 erhalten, das in B auf den Schirm 13 fokussiert wird.
Der Abstand zwischen den Einfallspunkten A und B ist direkt proportional zum Frequenzabstand V0-V,,, d. h. zur , Hadialgeschwindigkeit ν des Zieles; denn Vp - v^ = 2v^ χ —·, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.
Die eriindungs^emäße Vorrichtung ermöglicht so die Kessung der Lage und der Geschwindigkeit eines beweglichen Objektes in einen Impuls. Die jeweiligen Lagen der Punkte A und B in bezug auf den Fullpunkt ermöglichen die eindeutige Bestimmung der Bewegungsrichtung des Ziels in bezug aui die Meßvorrichtung, wenn ν und v. so gewählt werden, da-;? /ν,,-ν/ immer mehr als /v.-Vp/ beträgt.
Die Verwendung von Lasern, die Lichtbündel sehr hoher Frequenzen aussenden, ermöglicht die sehr genaue Bestimmung der Abstände Vp-v^; denn diese Abstände sind proportional zur Frequenz v^,.
ITach einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Generator1 1 von Lichtimpulsen von einem Teil des Lichtbündels 14 gebildet werden, das von dem kontinuierlichen Laser 4 ausgesendet wird, auf dessen Bahn ein Lichtmodulator, beispielsweise eine elektro-optische Zelle, angeordnet ist.
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Die Ii1Xg. 2 stellt ein anderes Ausxührangsbeispiel der ei'xindungsgei'iäßen Vorrichtung dar, die verwendet wird, wenn der Durchlaßbereich des Transdaktors 10 das xrequenzband Δ f der von dem Detektor 5 ausgesanclten Signale, d.h. den Unterschied der meßbaren Geschwindigkeiten v, begrenzt. Der Ausgang des Detektors 5 kann an nehrere 'fr-ansduktoren, beispielsweise 20, 21, 22, angeschlosseil werden, die jeweils als Durchlaßbereich Aix,, Afp, Ax^ haben, so daß Λχ = Af Λ + Af/-, + /Vf-, und Jeweils auf de i'recaierizen LA*
»1 2 . y - I
xo, f., zentriert sind.
Im Lichtbündel 11 angeordnete alaistisch-optische Gefäße werden jeweils von den Transduktoren 20, 21, 22 erregt und aux' diesen Bündel um einen Winkel<L, φ«» Φ^ geneigt; ψ/15 Φρ? Φζ sind vorzugsweise die halben Bragg1 sehen Winkel in bezug auf die Frequenzen f ^., fp, £■*·
Beispielsweise "bewirkt nur ein Signal, dessen frequenz in !requenzbereich Aix, liegt, eine Ablenlaing des Lichtcun.deIc 11 durch das G:. χ aß 23.
Das aus .dem Gefäß 23 austretende Lichtbündel erxährt bein * Durchgang durch die Geläße 24 und 25 eine Iranslation (Versetzung), jedoch keine Ablenkung.
Die Anzahl der an den Detektor 5 angeschlossenen Traneduktoren kann beliebig sein.
-Patentansprüche-1 098AO/1243
BAD ORlGtNAL

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Optisches Gerät für die gleichzeitige Messung des Abstandes d und der Radialgeschwindigkeit ν eines beweglichen Objekts, dadurch g e k e- η η ζ e i c h η e t, daß es eine Las er quelle (1), die mindestens einen Idchtimpuls (2) der Frequenz v,- in Richtung des beweglichen Objekts (3) aussenden kann, einen Detektor (100) eines durch Reflexion des Impulses der Frequenz y* auf dem beweglichen Objekt entstandenen Lichtimpulses der Frequenz Vg aufweist, wobei v^-Vp proportional zu ν ist, eine Zählvorrichtung (200) der 2 -itJITaufweist, die den Augenblick der Aussendung des Impulses der Frequenz v,- und den Augenblick der Detektion des Impulses der Frequenz v~ trennt,«obei d proportional zu /L^ ist, eine Laserquelle aufweist, die ©in Referenzlichtbündel (14) der Frequenz ν aussenden kann, optische Vorrichtungen (15, 16, 1?) zur Ablenkimg in eine gemeinsame Richtung (6) eines Teils des Impulses der Frequenz v^, eines Teils des Impulses der Frequenz V0, oines Seils des Idchtbündels (14A) der Frequenz vj Detektoren. (5) aufweist, die in dieser Richtung angeordnet sind und Signale der Frequenz v,,-v und v~-v aussenden köisnea, wobei 4er Ausgang der Detektoren (5) an den Eingang einer Sepktralanalysevorrichtung der Signale der Frequenz v^-v und V2-V angeschlossen ist, die aus einem Transduktor (10) besteht, welcher an ein auf der Bahn eines Idchtbündels (11) angeordnetes akustisch-optisches Gefäß (9) angeschlossen ist.
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    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e-n n- zeichnet, daß die Lichtquelle, die 'mindestens einen Lichtii.:-puls aussenden kann, aus eim-n Teil des Lichtbündels (14) der Frequenz ν gebildet ict, aui dessen Bahn ein Lichtmodulator angeordnet ic;;.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e r; e η η ζ e lehnet, daß das das Ge: äß (9) beleuchtende Lichtbündel (11) in bezug aui dieses mn einen Winkel gleich dem halben Bragg1sehen Winkel bezüglich der von Transduktor (10) übertragenen ic.it tier en frequenz geneigt ist.
    4-, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η - ζ e i.c hn e t, daß sie iiehrere Ti'ansduktoren (20, 21, 22) mit unterschiedlichen Durchlaßbereichen ausweist, die ,jeweils an ein auf der Bahn des Lichtbüncels (11) angeordnetes akustisch-optisches Gciäß (23, 24, 2Zi angeschlossen sind, von denen Jedes gegen das Lichtbündel (11) um einen V/inlcel geneigt ist, der gleich dem halben Bragg1 sehen Winkel in bezug auf die Litteii- : requenz des Durchlaßbereiches des ihm zugeordneten Transduktors ist.
    1 098AO/ 1243
    BAD ORIGINAL
DE19712112325 1970-03-16 1971-03-15 Optisches Geraet zur gleichzeitigen Messung der Entfernung und der Geschwindigkeit eines beweglichen Objektes in bezug auf eine feste Markierung Pending DE2112325A1 (de)

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