DE2453832A1 - Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser - Google Patents

Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser

Info

Publication number
DE2453832A1
DE2453832A1 DE19742453832 DE2453832A DE2453832A1 DE 2453832 A1 DE2453832 A1 DE 2453832A1 DE 19742453832 DE19742453832 DE 19742453832 DE 2453832 A DE2453832 A DE 2453832A DE 2453832 A1 DE2453832 A1 DE 2453832A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
crystal
phase
laser
interference fringes
speedometer according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19742453832
Other languages
English (en)
Inventor
Spaeter Genannt Werden Wird
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HARVEY ARTHUR FRANK
VAUGHAN JOHN MICHAEL
Original Assignee
HARVEY ARTHUR FRANK
VAUGHAN JOHN MICHAEL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HARVEY ARTHUR FRANK, VAUGHAN JOHN MICHAEL filed Critical HARVEY ARTHUR FRANK
Publication of DE2453832A1 publication Critical patent/DE2453832A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/585Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value
    • G01S13/587Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value using optical means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

Patentanwalt· Dlpl.-Ing. R. B E E T Z β·η
Dlpl-Ing. K. LAMPRECHT « / C q O O 9 Dr.-Ing. R. B E E T 2 JlV I 4 O O ö J I MIR eh· η a ä#rffc
293-23.Ί03Ρ ' 13. 11. 1974
1. Arthur Prank HARVEY, MALVERN (Worcestershire), Großbrit.
2. Edward Roy PIKE, MALVERN (Worcestershire), Großbrit.
3. John Michael VAUGHAN, MALVERN (Worcestershire), Großbrit.
Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser
Die Erfindung betrifft die Messung einer Strömung mit Hilfe- der Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung.
Die Geschwindigkeit oder Strömung eines Stoffes kann durch Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung gemessen werden, indem zwei Laserstrahlen in diner zu messenden Fläche oder in einem Volumen zur Konvergenz, gebracht bzw. überlagert werden. In diesem Bereich bilden die Laserstrahlen Interferenzstreifen, Streulicht von Teilchen, die durch diese Streifen laufen, wird erfaßt und korreliert 'oder anderweitig derart verarbeitet, daß die Teilchengeschwindigkeit angezeigt wird. Das Streulicht wird mit einer Frequenz moduliert, die von der Geschwindigkeitskomponente der Teilchen senkrecht zu den- Streifen linear abhängt. Eine bereits entwickelte Anordnung für diese Messung ist in der DOS 2 402 184 beschrieben] eine
293-JX 4392/04-DWF
509842/0709
weitere Anordnung findet sich im "Journal Physics D Applied Physics", Band 5, L* 2J-L.25; Eine derartige Anordnung eignet sieh z.B. zur Messung der Geschwindigkeit einer Gasströmung durch eine Rohrleitung.
Beim Messen einer sich ändernden oder turbulenten Strömung kann es notwendig sein, daß die Strömungsrichtung über der Breite eines Kanals bekannt ist, da sich einzelne Schichten entgegengesetzt zur Hauptströmung bewegen können*
Bei einem Verfahren zur Laser-Geschwindigkeitsmessung wird die Frequenz von einem der beiden Laserstrahlen elektrooptisch derart verschoben,daß die Lage der Interferenzstreifen kontinuierlich verschoben wird, so daß durch Ändern der wirksamen mittleren Strömungsgeschwindigkeitsrichtung die Richtung der Strömung meßbar ist. Die Turbulenz erscheint als Dämpfung des von den Streuteilchen abgeleiteten Signals und durch Verschiebung der Frequenz eines der beiden Laserstrahlen kann diese Dämpfung für Untersuchungszwecke erhöht oder verringert werden. Ein zusätzlicher Vorteil einer derartigen FrequenzverSchiebung besteht darin, daß der mit einem gegebenen Korrelator oder mit einer anderen Verarbeitungseinrichtung meßbare Geschwindigkeitsbereich erhöht wird. Einige Verfahren zur Laser-Geschwindigkeitsmessung sind im "Journal Physics D Applied Physics", Band γ, 19'/4, L.j$6 diskutiert.
Ein Nachteil der genannten Frequenzverschiebung besteht in den Kosten und im Aufwand bejjder Frequenzänderung eines Laserstrahls und bei bestimmten Anordnungen außerdem in der sich ändernden Winkelrichtung, wenn die
509842/0709
Frequenz geändert wird.
Bei der Erfindung gelangt man im wesentlichen zu· demselben Ergebnis wie bei dem Verfahren mit Frequenz- -verschiebung, indem die Phase eines Laserstrahls moduliert wird, so das die Strömung gemessen wird durch Fokussieren von zwei Laserstrahlen, damit sich diese . an einer gewünschten Stelle überschneiden, und durch Phasenmodulation wenigstens eines Strahls, wodurch sich die an der Schnittstelle gebildeten Interferrenzstreifen örtlich periodisch wiederholen und die Streustrahlung von Streuteilchen innerhalb der Schnittstelle der beiden Strahlen derart erfaßt und verarbeitet werden kann , daß die Geschwindigkeit und/oder Turbulenz der Strömung innerhalb der Schnittstelle angezeigt werden kann.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung der Strömung und/oder Turbulenz mit Hilfe der Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung werden zwei Lagerstrahlen verwendet, die sich, gegenseitig beeinflussen und in einer zu messenden Fläche Interferenzstreifen^.derart bilden, daß eine Strahlung erfaßt und verarbeitet werden kann, die von Teilehen reflektiert wird, die durch die Interferenzstreifen laufen, wobei die Phase eines oder beider Strahlen verändert wird, damit sich die Interferenzstreifen verschieben.
Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält einen Laser, dessen Ausgangssignal mittels zweier Prismen in zwei konvergente Strahlen aufgeteilt wird, eine Signalverarbeitungseinrichtung
509842/0709
und einen Laserstrahl-Phasenschieber, der im Strahlengang eines Strahls oder beider Strahlen angeordnet ist.
Die Signalverarbeitungseinrichtung kann vorteilbeschriebener haft ein in der GB-PS 1 290 336/Photonendetektor und ein digitaler Korrelator sein, ein SignalanaIysator, eine Frequenz-Nachlaufeinrichtung oder ein Teilchenzähler/Zeitgeber.
In einer bevorzugten Ausführung kann der Modulator enthalten: ei:neη Kristall, dessen Brechzahl sich mit der angelegten Spannung ändert, ferner Elektroden am Kristall und eine Modulationsspannungsquelle. Die Spannung und somit auch die Phase wird vorteilhaft sägezahnförmig moduliert.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es- zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung der Erfindung;
Fig. 2 einen vergrößerten Teilausschnitt aus Fig. 1;
Fig. J die Ansicht eines ersten Phasenschiebers aus Fig. 1;
Fig. 4 ein Signal zum Verschieben von Interferenzstreifen;
Fig. 5 eine Darstellung der Interferj^enzstreifenversehiebung mit Sägezahnsignalen an der Anordnung;
Fig. 6 Signale für die Strömungsgeschwindigkeit und die Turbulenz;
509842/0709
Fig. 7 einen zweiten Phasenschieber;
Fig. 8 einen dritten Phasenschieber, ähnlich zu demjenigen in Fig.7;
Fig. 9 einen vierten Phasenschieber, der mit einem Laserstrahl arbeitet;
Fig.10 und 11 Seiten- und Grundriß eines fünften Phasenschiebers; und
Fig.12 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Anordnung.
Fig. 1 zeigt einen Laser 1, der Licht 2 an eine Linse 49 aussendet, ferner einen Strahlteiler oder Prismen 3 zum Erzeugen von zwei konvergenten Lichtstrahlen K, 5, die in einen Phasenschieber 6 gelangen. Die Trennung der Strahlen 4, 5 wird durch ParalIe!verschiebung des StrahlteHers,3 in einer Ebene, die die Strahlen enthält, eingestellt, während eine Drehung in derselben Ebene die Konvergenz der Strahlen einstellt. Durch Anlegen eines Modulationssignals wird der eine Strahl bezüglich seiner Phase beschleunigt, während der andere verzögert wird. Es ist auch möglich, nur die Phase eines Lichtstrahls zu verändern. Am Ausgang des Phasenschiebers 6 überschneiden sich die beiden Strahlen 4 und 5 bei 8/z. B. in einem Windkanal 9. Das Streulicht von Teilchen an der Schnittstelle 8 wird durch eine Signalverarbeitungseinrichtung empfangen, z. B. durch einen Photonendetektor 11, der für jedes erfaßte Lichtphoton einen gleichförmigen Impuls zur Verarbeitung in einem digitalen Korrelator 12 erzeugt. Der Detektor 11 und der Korrelator 12 können durch andere Signalverarbeitungseinrichtungen, z. B. durch einen
S09842/0709
SignalanaIysator, eine Frequenz-Nachlaufeinrichtung oder durch einen Teilchenzähler/Zeitgeber ersetzt werden.
Fig. 2 zeigt die Schnittstelle 8 der beiden Lichtstrahlen 4 und 5 in vergrößertem Maßstab, In dieser Schnittstelle 8 überlagert sich das Licht und bildet Interferenzstreifen 13, die auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden können. Es kann leicht gezeigt werden, daß die Geschwindigkeitskomponente eines Teilchens senkrecht zum Interferenzstreifen" 13 proportional ist zur Anzahl der in der Zeiteinheit durchquerten Anzahl von Interferenzstreifen . geteilt durch den Interferenzstreifenabständ. Dies wird bei der Laser-Winds tär kerne s sung verwendet., um die Strömungsgeschwindigkeit im Windkanal zu messen»
Wenn die Phase beider Laserstrahlen 4 und 5 verändert wird, wobei eine Phase beschleunigt und die andere verzögert wird, ändert sich die Lage der Interferenzstreifen 13 proportional zur Phasenänderung. Durch Anlegen eines Sägezahnsignals nach Fig. 4- kann ein. bestimmter Interfer-.enzst'reifen um etwa einen Interferenzstreifenabstand verschoben werden* um anschließend schnell zurück in seine ursprüngliche Lage gebracht zu werden. Bei Betrachtung durch das menschliche Auge mit kleinem Zeitmaßstab scheinen Interferenzstreifen kontinuierlich über die Schnittstelle hinweg verschoben zu v/erden. Auch ein im Windkanal laufendes Teilchen wird durch die Signalverarbeitungseinrichtung 10 behandelt, als ob sich die Interferenzstreifen kontinuierlich verschieben würden. Dies ist in Fig. 5" näher erläutert. Durch Einstellung der Frequenz des Sägezahnsignals kann die wirksame Verschiebungsgeschwindigkeit der Inter-
609842/0700"
ferenzstreifen verändert werden.
Ein durch den Korrelator 12 verarbeitetes Signal kann auf einem Oszillographenschirm als gedämpfte· Si nuss chvi ingung dargestellt werden. Bei schwach streuenden Medien (mit wenigen Teilchen) und hohen Geschwindigkeiten ist es manchmal unmöglich, eine ausreichende Information zu erhalten, um eine Geschwindigkeitsmessung mit stationären bzw. stehenden Interferoenzstreifen durchzuführen. Wenn die Interferenzstreifen jedoch verschoben werden, bleiben die Teilchen innerhalb eines InterferenzEtreifeni1 lange genug, um ausreichende Information für die Geschwindigkeitsmessung abzuleiten. Diese Geschwindigkeit ist dann die Summe aus der Verschiebung relativ zu den Interferenzstreifen pLus die wirksame Verschiebungsgeschwindigkeit der Interfer_enzstreifen. Durch Verschiebung der Interferenzstreifen können also viel höhere Geschwindigkeiten gemessen werden, als dies mit stehenden Interfer^enzstreifen möglich ist.
Wenn die Interfer_.enzstreifen schnell genug verschoben werden, erscheint ein Teilchen bezogen auf die Interferenzstreifen ruhend, so daß durch Eichen der Geschwindigkeit des Ansteuersignals die Geschwindigkeit der Teilchen direkt vom Signalgenerator oder von einer RUckkopplungsschaltung zur automatischen Geschwindigkeltsnachführung abgelesen werden kann.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Verschiebung der Interferenzstreifen ergibt, besteht darin, daß die Geschwindigkeitsrichtung gemessen werden kann. Wenn die Interferenzstreifen stationär sind, lassen sich aus' den durch die Verarbeitungseinrichtung 10 verarbeiteten
509842/0709
Signalen die positive und die negative Strömungsrichtung nicht unterscheiden„ Durch die Verschiebung der Interferenzstreifen können die Strömungsrichtungen unterschieden werden; wenn Z0 B. die Interfer^enzstreifen in Bewegungsrichtung des zu messenden Fluids verschoben werden, nimmt die Geschwindigkeit bezüglich der Interferenzstreifen ab, während eine Verschiebung der Interferenzstreifen' entgegengesetzt zur Richtung der Pluidströmung die Strömungsgeschwindigkeit bezüglich der Interferenzstreifen erhöht.
Ein weiterer Vorteil der Interferenzstreifenverschiebung besteht in der Verringerung der wirksamen Turbulenz» Wie bereits ausgeführt, hat das Signal des Korrelators einen gedämpften Sinusverlauf; der Dämpfungsgrad ist proportional zum Turbulenzgrad. Bei einer FrequenzbereichSrVerarbeitungseinrichtung äußert sich dies durch eine Verbreiterung des Spektrums. Fig. 6a zeigt beispielsweise eine Korrelationsfunktion eines mit stationären Interferferenzstreifen erhaltenen Doppler-Differenzsignals, wobei die Doppler-Signalfrequenz 13Z>kHz beträgt. Flg. 6b zeigt denselben Zustand einer Fluidströmung, wenn die Strahlen mit 75 kHz phasenmoduliert sind, d. h. wenn sich die Interferenzstreifen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung bewegen, wobei die mittlere Doppler-Signalfrequenz 208 kHz beträgt. Die wirksame Turbulenz ist also kleiner. Dadurch kann eine einfache Näherungsformel verwendet werden, um die Turbulenzintensität oder andere Eigenschaften zu berechnen. Fig.6c stellt eine Signalkorrelation derselben turbulenten Strömung dar, wenn die Strahlen mit
609842/0 TO 9
- 75 kHz phasenmoduliert werden, d. h. wenn sich die Interfer^enzstreifen in Strömungsrichtung bewegen, wobei die mittlere Doppler-Signalfrequenz 58 kHz beträgt. Die wirksame Turbulenz ist also vergrößert.
Fig. 3 zeigt ein erstes AusfUhrungsbeispiel eines Phasenschiebers 6, der sich für den Einbau in die Anordnung nach Fig. 1 eignet. Er enthält zwei elektrooptische Kristalle 14 und 15, z. B. ADP-(Ammonium-Dihydrogen-Phosphat-)Kristalle mit 45° y~Schnitt, die miteinander verbunden sind ( oder KDDP-Kristalle■
mit J+5° z-Schnitt). Die Enden 16 und I7
der Kristalle 14 und 15 sind eben und parallel zueinander poliert. Ein Ende l6 ist über ungefähr 2/3 seiner Breite mit einer reflektierenden Schicht l8 beschichtet, während das andere Ende I7 in ähnlicher Weise mit 19 beschichtet ist, wobei jedoch die beiden Beschichtungen gegenseitig versetzt sind. Elektroden 51 und 52 sind an den Seitenflächen der beiden Kristalle befestigt, wobei die eine Elektrode 51 an eine Modulationsspannungsquelle 53 und die andere Elektrode 52 an Erde angeschlossen ist.
Die Lichtstrahlen 4 und 5 aus einem (nicht gezeigten) Strahlteiler gelangen durch Spalte zwischen der reflektierenden Schicht 18 und den Kristallseiten unter einem · derartigen Winkel in die Kristalle 14 und 15,daß sie die Kristalle dreimal durchlaufen, indem sie an den reflektierenden Schichten l8 und I.9 reflektiert werden, bevor sie z. B. in einen Windkanal austreten können.
Das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden und 52 bev/irkt eine Änderung der Brechzahl der Kristalle
509842/0709
und 15 (durch den sogenannten elektrooptischen Effekt nach Pockels) und somit eine Änderung im Phasenunter« schied zwischen den"beiden Strahlen 4 und 5S die in die Kristalle 1*1- und 15 eintreten und diese wieder verlassen. Die Kristalle sind derart orientiert, daß die Phase des Strahls 4 beschleunigt wird, während der andere Strahl 5 verzögert wirdo
Indem die Abmessung der Kristalle 14 und 15 zwischen Ober- und Unterseite ausreichend groß gemacht wirdj muß der Modulator 6 nicht verschoben-werden, wenn-die Konvergenz oder Separation bzw» Aufspaltung der Strahlen und 5 durch eine geeignete Einstellung des Strahlteilers 3 verändert wird« Für eine Kristallabmessung von 9 mm zwischen den Elektroden 51 und 52 und bei drei Durchläufen der Strahlen 4 und 5 beträgt bei einer Strahlungswellenlänge von 440 nm die typische Spitzenelektrodenspannung 250 v.
Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den Phasenschieber 6, der aus zwei getrennten ADP-Kristallen und 55 besteht„ Das Licht 2 aus einem (nicht gezeigten) Laser wird mit Hilfe eines Strahlteilers j5 auf zwei parallele Strahlen 4 und 5 aufgeteilt; diese Strahlen durchlaufen die Kristalle 54 und 55 und werden durch eine Linse oder zwei Prismen 7 fokussiert, um sich z, B. in einem Windkanal (Fig.l) zu überschneiden. Jeder Kristall 54 und 55 trägt zwei Elektroden 51 und 52, zwischen denen ein elektrisches Feld durch eine Modulationsspannungsquelle 5J5 erzeugt wird. Typische Spannungen sind
etwa 100 bis I60 V für Kristalle von 2 mm Querschnitt und 8 cm Länge. Durch Verwendung von zwei getrennten Kristallen 54 und 55 kann zum Phasenmodulieren der Strahlen
S09842/0709
und 5 eine geringere Leistung gegenüber der für den Modulator nach Fig. 3 erforderlichen Leistung· verwendet werden.
Fig. 8 zeigt einen dritten Phasenschieber 6, der ähnlich wie jener in Fig. J-aufgebaut ist. Das Licht aus einem (nicht gezeigten) Laser läuft durch einen (nicht gezeigten) Strahlteiler und bildet zwei Strahlen 4 und 5, die zwei Kristalle 54 und 55 durchlaufen, um sich an einer gewünschten Stelle zu überschneiden. Durch Parallelverschiebung des Strahlteilers in einer Ebene, die die beiden Strahlen 4 und 5 enthält, wird die Strahlaufteilung verändert, und durch Drehung in ihrer Ebene wird die Konvergenz der Strahlen 4 und 5 verändert. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß keine Fokussierlinse 7 erforderlich ist,da die Strahlablenkung durch den Strahlteiler erfolgt, der leicht mit einer hohen Genauigkeit hergestellt werden kann. Unglücklicherweise muß beim Verändern der Konvergenz der Strahlen 4 und 5 eine Einstellung der Kristalle 54 und 55 vorgenommen werden. Diese Kristalle sind mit Elektroden 51 und 52 versehen, die an eine Spannungs quelle 5j5 ähnlich wie'in Fig. 7 angeschlossen sind.
Fig. 9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Phasenschiebers 6, der mit einem Laserstrahl arbeitet. Wie ersichtlich ist, gelangt das Licht 2 aus einem Laser 1 in eine Linse 49 und in einen Strahlteiler 3, der zwei Lichtstrahlen 4 und 5 abgibt. Die Trennung bzw. Aufteilung der Strahlen wird durch Parallelverschiebung des Strahlteilers 3 in einer Ebene vorgenommen, die die
5 09842/0709
beiden Strahlen 4 und 5 enthält, und die Drehung in derselben Ebene verändert die Richtung des Strahls 4. Somit ist der Strahl 4 ein verschiebbarer Strahl, der derart eingestellt wird, daß die Schnittstelle 8 der beiden Strahlen 4 und 5 verändert wird» Durch diese Drehung des Strahlteilers 3 können eigene Prismen 7 wie in Fig. 7 entfallen. Der starre Strahl 5 durchläuft einen elektrooptischen Kristall, z. B. einen ADP-Kristall 50, der an seiner oberen und unteren Fläche jeweils mit Elektroden 51 und 52 versehen ist, und an den eine Modulationsspannung aus einer geeigneten Quelle 53 angelegt werden kann.
Das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 51 und 52 bewirkt eine Änderung der Brechzahl des Kristalls. 50 (was auf den sogenannten elektrooptischen Effekt nach Pockels zurückzuführen ist), so daß eine Änderung- des Phasenunterschiedes des Strahles 5 zwischen Ein- und Austritt des Kristalls 50 entsteht.
Fig.10 und 11 zeigen schließlich ein fünftes AusfUhrungsbeispiel eines Phasenschiebers. Das Licht^aus dem Laser 1 wird durch einen Strahlteller 25 auf zwei Strahlen aufgeteilt? ein Strahl, nämlich ein verschiebbarer Strahl 26, wird zwecks einer optischen Wegkompensation auf einen Glasblock 27 (mit Brechzahl t| = 1*50) gerichtet, während der andere starre Strahl 28 auf einen ADP-Kristall 29 gerichtet wird. Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, ist der Kristall 29 in Längsrichtung mit Elektroden j50 und Jl versehen, und seine abgewinkelten Enden 32 und j53 sind selektiv mit einem reflektierenden Material 34 und 35 derart bedeckt,daß der starre Strahl 28 den Kristall 29 dreimal durchläuft,
503842/0709
bevor er austritt. Um die Aufspaltung der beiden Strahlen 26 und 28 zu verändern, wird der Strahlteiler 25 in der Ebene der beiden Strahlen verschoben, und um die Richtung des verschiebbaren Strahles 26-zu verändern, wird der Strahlteiler 25 um eine Achse senkrecht zur Ebene gekippt, die die beiden Strahlen enthält. Diese Verschiebung des verschiebbaren Strahls verändert die Schnittstelle 8 der beiden Strahlen, so daß im Gegensatz zur Fig. keine Prismen 7 erforderlich sind. Die Linse 49 in Fig.l ist in allen genannten Anordnungen wahlweise vorhanden und kann auch nach dem Modulator 6 angebracht sein.
Der Kristall in jedem der beschriebenen Phasenschieber verwendet den elektrooptischen Effekt. Auf das für den Kristall gewählte Material kann jedoch auch der ftiagnetooptische Effekt angewandt "werden (d. h. die Brechzahl ändert sich mit dem Magnetfeld, z. B. bei ■ YIG-(Yttrium-Eisen-Granat-)Material), oder der piezooptische Effekt (die Brechzahl ändert sich mit der angelegten Spannung, z. B. bei Quarz oder bei Lithium-Niobat).
Der Laser kann mit sichtbarem Licht oder im ultravioletten oder infraroten Bereich arbeiten.
Fig. 12 zeigt etwas schematisch eine weitere Anordnung zur Phasenmodulation. Licht 2 aus einem Laser wird in einen Modulator 56 linear polarisiert unter einem ■
5G9842/0709
_ 14 -
Winkel von 45° eingespeist« Der Modulator 56 enthält einen optoelektrischen Kristall wie zuvors dessen optische Achsen derart angeordnet sind^, daß beim Anlegen einer Spannung an den Kristall die vertikale Komponente des .Strahls 2 bezüglich der Phase beschleunigt wird, während die horizontale Komponente bezüglich der Phase verzögert wird. Ein Ausgangssignal 57 ^es Modulators läuft in einen Polarisations-Strahlteiler 585 wobei das vertikal polarisierte Licht an ein Prisma 59 weiterläuft. Das horizontal polarisierte Licht des Modulators wird durch den Strahlteiler 58 an ein Halbwürfel-Prisma 60 abgelenkt^, νιο es über eine Halbwellen-Platte 6l an ein Prisma 62 reflektiert wird. Das Licht aus beiden Prismen 59 und 62 ist danach vertikal polarisiert und kann wie beschrieben zur Überschneidung verwendet werden.
509842/0709

Claims (8)

  1. - 15 Patentansprüche
    f Ij Laser-Doppler-Geschwlndigkeitsmesser mit einem Laser, dessen Ausgangssignal auf zwei konvergente· Strahlen aufgeteilt wird, die sich in einer interessier
    - renden Fläche überschneiden und Interferenzstreifen bilden, wobei die Interferenzstreifen durchlaufende Teilchen Licht zurückstreuen, das durch eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der Teilehen- - geschwindigkeit und/oder der Turbulenz erfaßbar ist,
    gekennzeichnet durch
    einen Phasenschieber (6) zur Phasenmodulation des einen Laserstrahls oder beider Laserstrahlen (4, 5)derart, daß eine Parallelverschiebung der Interferenzstreifen (13) entsteht (Fig. 1, 2).
  2. 2. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sägezahn-Phasenmodulation derart, daß eine .offenbar gleichförmige Parallelverschiebung der Interferenzstreifen (13) entsteht.
  3. 3. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch ■gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (6) besteht aus einem elektrooptischen Kristall (14, 15, 29, 50,.54, 55* 56), der Elektroden (30, 31■oder 51, 52) aufweist, und aus einer Modulationsspannungsquelle (53)- zum Erzeugen einer Änderung-der Brechzahl im Kristall.
  4. 4. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennffiichnet, daß der Kristall aus Ammonium-Dihydrogen-Phosphat
    509842/0709
    ιβ -
  5. 5. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 3* gekennzeichnet durch zwei Kristalle, deren einer abhängig von einem elektrischen Signal an den Elektroden die Phase des einen Laserstrahls beschleunigte und deren anderer die Phase des anderen Laserstrahls verzögert;
  6. 6. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 5* gekennzeichnet durch reflektierende Flächen (18, 19 oder 34, 35) auf den Endflächen der Kristalle (14, 15 oder 29), wobei die beiden Laserstrahlen den Kristall mehrfach durchlaufen.
  7. 7. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (6) ein magnetooptisch beeinflußbarer Kristall ist, und daß eine Modulationseinrichtung zum Anlegen eines modulierten. Magnetfeldes an den Kristall vorgesehen ist.
  8. 8. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet., daß der Phasenschieber (6) ein piezoelektrischer Kristall ist mit Elektroden, an die eine modulierte elektrische Spannung anlegbar ist.
DE19742453832 1973-11-13 1974-11-13 Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser Withdrawn DE2453832A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB5270873A GB1463983A (en) 1973-11-13 1973-11-13 Laser doppler velocimeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2453832A1 true DE2453832A1 (de) 1975-10-16

Family

ID=10464973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19742453832 Withdrawn DE2453832A1 (de) 1973-11-13 1974-11-13 Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE2453832A1 (de)
GB (1) GB1463983A (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2353067A1 (fr) * 1976-05-28 1977-12-23 Saint Louis Inst Procede pour mesurer la vitesse d'un fluide et dispositif pour sa mise en oeuvre
DE3441088A1 (de) * 1983-11-10 1985-05-23 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser
US4676641A (en) * 1986-01-08 1987-06-30 Coulter Electronics Of New England, Inc. System for measuring the size distribution of particles dispersed in a fluid
US4781460A (en) * 1986-01-08 1988-11-01 Coulter Electronics Of New England, Inc. System for measuring the size distribution of particles dispersed in a fluid
US5502561A (en) * 1988-09-15 1996-03-26 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Characterization of particles by modulated dynamic light scattering
DE19537647C1 (de) * 1995-10-10 1997-04-10 Jenoptik Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Messung physikalischer Größen von lichtstreuenden bewegten Teilchen mittels eines Laser-Doppler-Anemometers
CN115220085A (zh) * 2022-07-06 2022-10-21 苏州科技大学 探测隧穿电离电子初始横向位置的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4336318A1 (de) * 1993-10-25 1995-04-27 Zeiss Carl Jena Gmbh Anordnung zur Frequenzverschiebung von Licht, insbesondere in einem interferometrischen Meßsystem
TW582062B (en) * 2001-09-14 2004-04-01 Sony Corp Laser irradiation apparatus and method of treating semiconductor thin film
DE102015201337A1 (de) 2015-01-27 2016-07-28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. IR-basierte Geschwindigkeitsfeldbestimmung

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2353067A1 (fr) * 1976-05-28 1977-12-23 Saint Louis Inst Procede pour mesurer la vitesse d'un fluide et dispositif pour sa mise en oeuvre
DE3441088A1 (de) * 1983-11-10 1985-05-23 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser
US4676641A (en) * 1986-01-08 1987-06-30 Coulter Electronics Of New England, Inc. System for measuring the size distribution of particles dispersed in a fluid
US4781460A (en) * 1986-01-08 1988-11-01 Coulter Electronics Of New England, Inc. System for measuring the size distribution of particles dispersed in a fluid
WO1989000286A1 (en) * 1987-06-29 1989-01-12 Coulter Electronics Of New England, Inc. System for measuring the size distribution of particles dispersedin a fluid
US5502561A (en) * 1988-09-15 1996-03-26 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Characterization of particles by modulated dynamic light scattering
DE19537647C1 (de) * 1995-10-10 1997-04-10 Jenoptik Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Messung physikalischer Größen von lichtstreuenden bewegten Teilchen mittels eines Laser-Doppler-Anemometers
EP0768531A1 (de) * 1995-10-10 1997-04-16 JENOPTIK Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Messung physikalischer Grössen von lichtstreuenden bewegten Teilchen mittels eines Laser-Doppler-Anemometers
US5781283A (en) * 1995-10-10 1998-07-14 Jenoptik Ag Process and arrangement for the measurement of physical values of light scattering moving particles by means of a laser doppler anemometer
CN115220085A (zh) * 2022-07-06 2022-10-21 苏州科技大学 探测隧穿电离电子初始横向位置的方法

Also Published As

Publication number Publication date
GB1463983A (en) 1977-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4223337C2 (de) Verfahren und Anordnung zur photothermischen Spektroskopie
DE3240234C2 (de) Oberflächenprofil-Interferometer
DE2240968A1 (de) Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung
EP0175142A2 (de) Ellipsometrische Vorrichtung zur Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der Oberfläche einer Probe
DE1798143A1 (de) Verfahren zur optischen Ellipsometric von Materialproben
DE2453832A1 (de) Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser
DE2806777C2 (de)
DE8905259U1 (de) Elektrooptische Meßvorrichtung für Spannungskurvenformen auf elektrischen Leitern
DE2122920C2 (de) Verfahren zum Messen von Drehgeschwindigkeiten und Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE102012007452A1 (de) Optische Verschiebungsmesseinrichtung
DE4233059A1 (de) Verfahren zum messen der zeit zum ausbilden eines brechungsindex-beugungsgitters eines photo-nichtlinearen mediums
DE69529033T2 (de) Optisches Gerät zur Detektion einer Verschiebung
EP0229790B1 (de) Vorrichtung zur Messung von Atomspektren
DE3401640C2 (de) Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit
DE2161205A1 (de) Verfahren zur Refraktionsbestimmung und Refraktometer zum Durchfuhren des Verfahrens
DE69010053T2 (de) Methode und Vorrichtung zum Nachweis einer Spannung.
DE3929340A1 (de) Integriert-optischer sensor
DE69421877T2 (de) Lasersonde für Geschwindigkeits- und Neigungsmessung
CH676289A5 (de)
DE3002620C2 (de) Verfahren zum berührungslosen optischen Empfang von Ultraschallwellen
DE2701858A1 (de) Messverfahren und -vorrichtung fuer abstandsaenderungen
DE2916202A1 (de) Verfahren zur analyse des polarisationszustandes einer strahlung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE3338583C2 (de)
DE1598919A1 (de) Messgeraet fuer den zirkularen Dichroismus von Materialproben
DE2061381A1 (de) Interferometer

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8130 Withdrawal