DE3441088A1

DE3441088A1 - Laser-doppler-geschwindigkeitsmesser

Info

Publication number: DE3441088A1
Application number: DE19843441088
Authority: DE
Inventors: Syotaro Zushi Kanagawa Fujino; Kazuo Itami Hyogo Kyuma; Toshio Kobe Hyogo Shinnishi; Shuichi Amagasaki Hyogo Tai; Kiyoshi Itami Hyogo Yoda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-11-10
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB8428254D0; GB2149993A; DE3441088C2; DK506284A; GB2149993B; DK506284D0

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Zum Messen von Geschwindigkeiten oder Schwingungen wird der Laser-Doppler-Effekt verwendet. Die Messung beruht auf der Frequenzverschiebung des von einem bewegten Gegenstand gestreuten Laserlichts. Die Dopplerfrequenz wird durch Beobachten der Schwebung zwischen dem frequenzverschobenen Signal und dem ursprünglichen Bezugssignal gemessen. Der Vorteil eines solchen Geschwindigkeitsmessers besteht darin, daß ohne Kontakt mit hoher räumlicher Auflösung gemessen werden kann.

Ein herkömmlicher Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser wird nun anhand von Fig. 1 näher erläutert. Es liegen ein Laser 1 und optische Fasern 2 vor. Ein Strahlteiler 3 teilt das Laserlicht vom Laser 1 in zwei Strahlen. Eine optische Sonde 15a, 15b ist jeweils durch eine optische Faser 2 und eine Mikrolinse 5 gebildet. In einer Strömung 8 befindet sieh ein Gegenstand 9» der sich mit der Strömung bewegt, und der Laserlicht streut. Eine optische Empfangssonde 16 ist durch eine optische Faser 2 und eine Mlkrolinse 5 gebildet. Das Licht aus der Sonde fällt in einen Fotodetektor 12, der zum Beispiel eine Avalanche-Fotodiode oder eine PIN-Fotodiode und einen Verstärker aufweist. Ein optischer Empfänger 13 ist durch einen Vorverstärker, einen Bandpaß und einen Hauptverstärker gebildet. Die Sonden sind in einem Gehäuse 14 zusammengefaßt.

Die Anordnung funktioniert wie folgt:

Laserlicht vom Laser 1 wird durch den Strahlteiler 3 zweigeteilt, und die zwei aufgetrennten Laserstrahlen werden in die zwei Sendesonden 4 gegeben. Die zwei Cendosonden

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4 sind so angeordnet, daß sich ihr Licht in dem Bereich überkreuzt, in dem sich der Gegenstand 8 mit dem bewegten, lichtstreuenden Teilchen 9 befindet. Dieses bewegt sich durch den Strahlschnittpunkt mit der Geschwindigkeit V, wodurch das gestreute Licht in seiner Frequenz dopplerverschoben wird. Das zurückgestreute Licht innerhalb dem gestreuten Licht wird durch die optische Empfangssonde 11 empfangen und durch die Paser 2 zum Fotodetektor 12 geleitet. Das reflektierte Licht ist in bezug auf das Licht der Sendesonde dopplerverschoben. Das rückgestreute Licht weist eine Überlagerung auf, die durch den Fotodetektor 12 bestimmt wird. Die ermittelte Frequenz fD ist durch folgende Gleichung gegeben:

m_^_» J*i I I ] *—

fD ₌ sin-f- ...(1)

wobei η Brechungsindex des bewegten Gegenstandes 8, X Lichtwellenlänge im Vakuum, J" Schnittwinkel der zwei Ausgangsstrahlen von den

Mikrolinsen, und

V_i_ Komponente der Geschwindigkeit V in einer Richtung schräg zur vertikalen Halbierenden der op

tischen Achsen der zwei gesendeten Lichtstrahlen.

Durch Gleichung (1) kann die Geschwindigkeitskomponente VU. aus der ermittelten Frequenz fD berechnet werden.

Bei den bekannten derartigen Geschwindigkeitsmessern ist der öffnungswinkel der von den beiden optischen Sendesonden 4 emittierten Laserstrahlen groß, was zu Meßfehlern führt, die von der Entfernung des lichtstreuenden Teilchens 9 von den Sendesonden 4 abhängen. Wenn, wie in Fig. 2 angenommen wird, daß der öffnungswinkel des Laserlichts von einer optischen Sendesonde 4 ist, sind die an verschiedenen Stellen der sich überschneidenden Strahlen durch ein sich

eubüshi-'Dehki K. K.

- 9 - 3441083

jeweils dort hindurchbewegendes Teilchen 9 hervorgerufenen Frequenzen fa, fb und fc durch die folgenden Gleichungen (2), (3) und (4) gegeben.

fa = sin -gL^L ...(2)

fb .

Die ermittelte Frequenz fD hängt also von der Position des bewegten Objektes ab gemäß den Formeln (2) bis (4), was zu einer Meßungenauigkeit führt.

Ein anderer bekannter Geschwindigkeitsmesser, der eine optische Faser zur Aufnahme verwendet, mißt die Blutflußgeschwindigkeit in der Oberschenkelvene eines Kaninchens. Die in die Vene einzuführende optische Faser hat einen einfachen Aufbau mit einem schräg abgeschnittenen Ende. Es ist möglich, die Geschwindigkeit im Bereich von 0,01 - 10 cm/sec zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser anzugeben, der einen geringeren Meßfehler abhängig vom Abstand eines sich bewegenden Teilchens von den Sonden aufweist.

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zusätzlich zum bisher bekannten Aufbau noch eine konvexe Lintse vor jeder optischen Sendesonde vorhanden ist, die das Laserlicht so kollimiertjdaß es im Meßbereich, durch den sich ein Gegenstand bewegt, im wesentlichen parallel verläuft. Dieser Aufbau hat

außer der erhöhten Meßgenauigkeit auch den zusätzlichen Vorteil, daß der Abstand zwischen der Sonde und dem bewegten Gegenstand erhöht werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher veranschaulicht. Es zeigen:

Piß, 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines bekannten Laser-Doppler-Geschwlndigkeitsmessers; 10

Fig. 2 ein Diagramm zum Erläutern der Vorrichtung gemäß Fig. Ij

Fig. 3 ein schematisches Diagramm gemäß Fig. 1, jedoch für einen erfindungsgemäßen Geschwindigkeits

messer;

Fig. 4 ein Diagramm zum Erläutern der Funktion der Anordnung gemäß Fig. 3 J und
20

Fig. 5-11 schematische Diagramme betreffend andere Ausführungsformen von Geschwindigkeitsmessern.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 leitet ein optisches Sendesystem 50 Laserlicht vom Laser 1 zum sich bewegenden Gegenstand 8. Das Sendesystem 50 weist einen Strahlteiler auf, der das Laserlicht in zwei Strahlen aufspaltet, die in zwei optische Sendesonden 15a und 15b geleitet werden, die jeweils eine optische Faser 2, eine Mikrolinse 5 (Kollimationslinse) am Ende einer jeden Faser und eine konvexe Linse aufweisen, wobei jede der konvexen Linsen 6 mit jeweils einer Mikrolinse 5 durch einen Träger 7 zusammengefaßt ist. Die Sendesonden 15a und 15b kollimierendas Laserlicht aus der Faser 2 in einem vorgegebenen Bereich parallel.

Mitsutish.t-D.3nki K.K.

Die zwei Sonden 15a und 15b sind so angeordnet, daß sich die aus ihnen austretenden Lichtstrahlen in dem vorgegebenen Bereich überkreuzen, in dem sich der Gegenstand 8 befindet.

Ein optisches Empfangssystem 60 empfängt das Licht, das von den optischen Sonden 15a und 15b a.bgestrphlt worden ist und dann an einen Gegenstand 8 gestreut worden ist, der sich durch den vorbestimmten Bereich bewegt. Das optische Empfangssystem βθ weist eine optische Empfangssonde mit einer optischen Paser 2, einer Mikrolinse 5 am einen Ende der Paser 2 und einer konvexen Linse 10 auf, die mit der Mikrolinse 5 durch einen Träger 7 zusammengefaßt ist. Ein Fotodetektor 12 empfängt das Licht von der Sonde 16 und gibt ein Signal an einen optischen Empfänger 13. Eine (nicht dargestellte) Bestimmungseinrichtung bestimmt die Geschwindigkeit des bewegten Gegenstandes aus dem Ausgangssignal vom optischen Empfangssystem 60. Als optische Empfangssonde 16 kann eine Paser mit poliertem Ende oder eine solche mit einer Mikrolinse verwendet werden. Im übrigen stimmt der Aufbau mit dem gemäß Pig. I überein.

In Fig. 4 ist die räumliche Beziehung zwischen der Mikrolinse 5 und der konvexen Linse 6 sowie der Weg des emittierten Lichtes genauer dargestellt. Die konvexe Linse 6 befindet sich um ihre Brennweite f entfernt vor der Mikrolinse

Die Anordnung funktioniert wie folgt:

Vom Laser 1 emittiertes Laserlicht wird durch den Strahlteiler 3 in zwei Strahlen aufgespaltet, die in die optischen Sonden 15a bzw. 15b geleitet werden. Das aus jeder Faser 2 austretende Licht wird jeweils durch eine Mikrolinse annähernd parallel gerichtet und dann durch die konvexe Linse 6 weiter auf parallelen Verlauf kollimiert. Die Strahltaille der von den beiden Sendesonden 15a und 15b

emittierten Strahlen liegt mit ihrem im wesentlichen parallelen Verlauf in dem Bereich, in dem der sich bewegende Gegenstand 8 vorliegt, wobei der Brennpunkt der konvexen Linse 6 im wesentlichen in der Mitte des Bereichs liegt.

Im Bereich der Strahltaillen überkreuzen sich die Laserstrahlen von den Sonden 15a und 15b unter einem Winkel <f . Wenn sich ein.Gegenstand 8 (lichtstreuender Partikel 9) durch den Überkreuzungsbereich mit der Geschwindigkeit V bewegt, wird das Licht gestreut, wobei seine Frequenz dopplerverschoben wird. Das rückgestreute Licht wird durch die optische Empfangssonde 16 empfangen und durch die Faser 2 zum Fotodetektor 12 geleitet. Das gestreute Licht wird überlagert zu dem der Sonde 15a und 15b vom Fotodetektor 12 empfangen. Die Überlagerungsfrequenz fD ist durch die oben angegebene Formel gegeben:

f_D = sin^P ... (1)

Da die Strahltaille BVi im Überkreuzungsbereich liegt, kann die Überlagerungsfrequenz fD im gesamten Bereich durch Gleichung (1) dargestellt werden, also an den Punkten al, bl und el in Fig. 4, so daß unabhängig von der Lage eines Partikels 9 innerhalb des Bereichs keine Meßabweichungen auftreten.

Es fließt also ein Wechselstrom mit der Frequenz fD durch den Fotodetektor 12, welcher Strom durch den optischen Empfänger 13 verstärkt wird. Der Strom wird durch einen Spektralanalysator und einen Frequenz'Spannungs-Konverter oder eine Frequenz-Nachlaufschaltung (jeweils nicht dargestellt) in ihrer Frequenz analysiert, um daraus die Geschwindigkeitskomponente V des sich bewegenden Gegenstandes 8 aus obiger Gleichung (l) zu berechnen.

-- --Mitsubishi Denki K.K.

Bei dieser Ausführungsart ist die konvexe Linse 6 also um ihre Brennweite f entfernt von der Mikrolinse 5 jeweils der Sendesonden 15a und 15b entfernt. Die Lichtstrahlen im Meßbereich weisen hohe Parallelität auf, wodurch von der Entfernung des sich bewegenden Gegenstandes von den Sonden verursachte Fehler erniedrigt sind. Darüberhi^aus ist es möglich, den Bereich in seinen Abmessungen größer zu gestalten. Auch der Abstand zwischen der optischen Sonde und dem zu messenden Gegenstand kann erhöht werden. Damit eignet sich die Anordnung auch zum Messen der Bewegung von Gegenständen hoher Temperatur.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Sendesonde und den Weg der Lichtstrahlen. Der Hauptzweck dieser Ausführungsform besteht darin, die Lichtstrahlen in einem Bereich zwischen dem Brennpunkt und einem von diesem entfernten Punkt parallel zu gestalten.

Die konvexe Linse 6 ist um eine Entfernung I₁ von der Mikrolinse 5 entfernt, wobei gilt

I₁ = f + V₁ / Q₁, (5)

wobei f = Brennweite der Konvexlinse 6, r, = Strahldurchmesser des emittierten Lichtes an

der emittierenden Seite der Mikrolinse 5 und O₁ = größter Abweichungswinkel des emittierten Lichts von der optischen Achse.

Wenn eine Gradationsindex-Stablinse (GRIN-Linse) mit mit einer Steigung von 0,25 als Mikrolinse 5 verwendet wird, gilt für T₁ und 0,

r_x = O₀/(n₀ /a), .... (6) O₁ = n₀ YI - r₀, (7)

wobei r„ == Kernradius der optischen Paser, 0„ = numerische Apertur der optischen Faser, n_Q = Brechungsindex in der optischen Achse der

GRIN-Linse, und

VA = Brechungsindexverteilungskonstante der GRIN-Linse.

Wenn eine optische Paser mit einer Mikrolinse um den Abstand 1. von der konvexen Linse 6 angeordnet wird, ist es möglich, paralleles Licht in einem Bereich zu erhalten, der sich mit einer Länge Ip an die Brennweite f anschließt Dabei gilt für 1« (siehe Fig. 5)

I₁. f

^l"

. Der Strahldurchmesser D des parallelen Lichtes wird

D = 2TQ₁. (9)

Die Lichtstrahlen von den zwei optischen Sendesonden 15a und 15b überkreuzen einander unter einem Winkel in dem Bereich, in dem die jeweiligen Lichtstrahlen parallele Bündel darstellen. Die Geschwindigkeit eines sich in diesem Bereich bewegenden Gegenstandes 8 kann wie oben beschrieben gemessen werden.

Bei dieser Ausführungsform wird Laserlicht von den zwei optischen Sendesonden 15a und 15b zu parallelen Bündeln im Überschneidungsbereich kollimiert, ähnlich wie bei der

JO Ausführungsform gemäß Fig. 4. Durch unterschiedliche Entfernungen des gemessenen, lichtstreuenden Partikels 9 von der Probe treten daher keine Meßfehler auf. Die größte Entfernung, in der noch gemessen werden kann, ergibt sich aus der Brennweite und der Entfernung Ip gemäß Gleichung (8), wobei .in diese Gleichung der Wert I₁ gemäß Gleichung (5)

: . Mitsubishi-Itenki K. K.

eingesetzt werden kann. Dadurch ergibt sich die folgende Gleichung (10).

I₁ . f f (n -/A")² r 7 —i = f 1 1 + f —2 )L· ί ... (ίο)

Die obere Grenze von 1_? kann dadurch groß gewählt werden, daß eine GRIN-Linse mit einem großen Wert von n_Q -//T oder eine optische Paser mit einem großen Wert von r^-'Q* gewählt wird. Ip wird 1295 mm, wenn folgende Werte gelten 10

n₀YA	= 0.978,
^ro	= 25 x 10 mm,
^θ0	= 0.2 rad,
f	= 100 mm.

Damit eignet sich die Anordnung besonders zum Messen der Geschwindigkeit von Gegenständen hoher Temperatur. Der Strahldurchmesser D bei diesem AusfUhrungsbeispiel ist 4,9 mm.

Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. β ist das Laserlicht im Bereich zwischen der Mitte der konvexen Linse 6 und deren Brennweite im wesentlichen parallel. 25

Dazu ist die konvexe Linse 6 in einer Position 1, ' von der Mikrolinse 5 entfernt, wobei für 1, ^f gilt

I₁ ^f = f - T₁ /Q₁ (11)

Für den Strahldurchmesser des parallelen Lichtstrahles gilt dabei

D = 2fQ_x (12)

Bei diesem Aufbau überkreuzen die Laserstrahlen von den zwei optischen Sendesonden 15a und 15b einander unter einem Winkel α in dem Bereich, in dem die jeweiligen Strahlbündel im wesentlichen parallel begrenzt sind. Daher treten wiederum keine Meßfehler auf.

Wenn eine GRIN-Linse mit n_Q YK = 0,386 als Mikrolinse 5, eine optische Paser mit 2 um als r~ und 0,2 als ©₀ und eine konvexe Linse 6 mit einer Brennweite f = 700 mm verwendet wird, wird 1, ' = 28,8 mm. Damit ist es möglich, einen parallelen Lichtstrahl mit einem Strahldurchmesser von l,08mm in einem Bereich von 700 mm Länge zu erzielen.

Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen ist die optische Empfangssonde zwischen den zwei Sendesonden angeordnet. Sie kann aber auch außerhalb angeordnet sein. Auch können alle Sonden in einer Ebene wie auch in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein.

Im Beispielsfall wurde davon ausgegangen, daß die Geschwindigkeit eines Partikels in einem Fluid gemessen wird. Jedoch kann auch die Geschwindigkeit fester Gegenstände gemessen werden. Die Anordnung kann so abgeändert werden, daß sie sich zum Messen dreidimensionaler Schwingungen und für das Messen von Strömungsgeschwindigkeiten eignet.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen bewegt sich das Laserlicht zwischen dem Laser und dem Strahlteiler durch den Raum. Das Licht kann aber auch durch eine optische Paser geleitet werden.

Die zwei optischen Sendesonden und die optische Empfangssonde können in einem Gehäuse zusammengefaßt sein.

-- Mitsubishi- Denki-K.K.

Das gestreute Licht wird durch die optische Empfangssonde zum Detektor geleitet. Jedoch kann das gestreute Licht auch direkt empfangen werden, wenn zum Beispiel eine Avalanche-Potodiode verwendet wird.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind das optische Sendesystem und das optische Empfangssystem auf derselben Seite des sich bewegenden Gegenstandes angeordnet. Es wird rückgestreutes Licht zum Messen verwendet. Der Geschwindigkeitsmesser gemäß der Ausführungsform von Fig. 7 ist dagegen so ausgebildet, daß nach vorne gestreutes Licht verwendet wird. Das Sendesystem und das Empfangssystem liegen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gegenstandes 8, Das von diesem nach vorne gestreute Licht wird durch konvexe Linsen 10a und lOb und'die optische Empfangssonde 16 empfangen.

Die bisherigen Ausführungsbeispiele geben Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser mit optischen Pasern vom Differentialtyp mit zwei optischen Sendesonden an. Es ist jedoch auch möglich, einen Geschwindigkeitsmesser vom Referengtyp mit einer einzigen Fasersonde sowohl für gesendetes wie auch empfangenes Licht zu verwenden. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 8 dargestellt. Das optische Sendesystem weist eine Sende- und Empfangssonde 20a auf, die genau so aufgebaut ist wie die optische Sendesonde gemäß Fig. 3· Das optische Empfangssystem weist diese Sonde 20a und eine optische Sonde 20b auf, die das von der Sonde 20a gestreute Licht und dasjenige Licht leitet, das am anderen Ende der Sende- und Empfangssonde 20a reflektiert worden ist Und dann durch einen optischen Richtungskoppler J5^f tritt. Das von der Sonde 20b geleitete Licht fällt auf einen Fotodetektor 12.

Bei der Ausführungsform gemäß Pig. 8 wird die Geschwindigkeit des sich bewegenden Gegenstandes aus der dopplerverschobenen Geschwindigkeit des gestreuten Lichtes in bezug auf das am anderen Ende der Sende- und Empfangssonde 20 reflektierten Lichtes bestimmt. Für die Meßgenauigkeit gilt das oben Gesagte.

Bei den eingangs beschriebenen Ausführungsformen wird das Laserlicht nahe dem Laser 1 in zwei Strahlen aufgeteilt. Das Licht kann aber auch aufgeteilt werden, nachdem es durch eine Paser 2 geleitet worden ist, wie dies in Pig. dargestellt ist. Der Aufbau verfügt auch über einen reflektierenden Spiegel I7.

Zwei andere Ausführungsformen, bei denen der Laserstrahl in zwei Strahlen aufgespaltet wird, nachdem er durch eine optische Paser 2 übertragen worden ist, werden nun anhand der Pig. 10 und 11 beschrieben.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 wird das Licht vom Laser 1 durch eine optische Faser 2 geleitet und durch eine Mikrolinse 5 auf in etwa parallelen Verlauf kollimiert. Das aus der Mikrolinse 5 austretende Licht wird dann durch einen Strahlteiler 3 in zwei Strahlen aufgeteilt, die über reflektierende Spiegel 17a und 17b jeweils einer konvexen Linse 6 zugeführt werden. Die konvexen Linsen 6 bündeln das Licht zu parallelen Strahlen im Bereich des.bich bewegenden Gegenstandes 8.

Bei der Ausführungsform gemäß Pig. 11 wird der durch die Mikrolinse 5 kollimierte Lichtstrahl durch eine konvexe Linse 6 weiter kollimiert, bevor er in den Strahlteiler 3 eintritt. Der so gebündelte Strahl wird im Strahlteiler 3 aufgespalten und die zwei Teilstrahlen werden über Spiegel

'35 17a und 17 b auf den Bereich eines Partikels 9 gerichtet.

MitsubishiiDenki K.K.

In diesem Bereich weisen die Strahlenbündel gute Parallelität auf.

Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 9 - H können die Mikrolinse 5, der Strahlteiler 3, der reflektierende Spiegel 17, die konvexe Linse 6 und die Linse IC des empfangenden optischen Systems zu einem Sensorkopf zusammengefaßt werden.

Mit den Ausführungsformen gemäß den Fig. 9 - H ist es möglich, Meßfehler zu verringern und den Abstand zwischen der Sonde und dem sich bewegenden Gegenstand zu verlängern. Dies ist für die Praxis von großem Vorteil.

Neben Einzel-Mode-Fasern können auch Fasern, die die Polarisationsebene beibehalten und Multi-Mode-Fasern als optische Fasern verwendet werden.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, wird beim erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsmesser eine konvexe Linse vor einer optischen Sendesonde verwendet, um den von dieser Sonde emittierten Laserstrahl in gute Parallelität zu bringen. Dadurch läßt sich die Entfernung von der Sonde zum sich bewegenden Gegenstand vergrößern, und Meßfehler lassen sich erheblich verringern, die durch Schwankungen dieser Entfernung hervorgerufen sind. Der erfindungsgemäße Geschwindigkeitsmesser ist daher bestens dafür geeignet, Geschwindigkeiten und mechanische Schwingungen genau zu messen.

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Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister tÄSs^ MÜUer Artur-Ladebeok-Strasse 51 D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1 F-7243-03 Mü/Js/ho/b 09. November 1984 MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA 2-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku Tokyo / Japan Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser Prioritäten: 10. November 1983, Japan, No. 58-211284 (P) 08. Mai 1984, Japan, No. 59-91366 (P) PATENTANSPRÜCHE

1. Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser zum Messen der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Gegenstandes mit

- einem kohärentes Licht emittierenden Laser(1),

- einer optischen Sendeanordnung (50) mit optischer Lichtleitfaser (2) und zugeordneter Kollimatorlinse (5), die das vom Laser (1) in die Faser (2) abgegebene Licht im wesentlichen auf parallelen Verlauf kollimiert,

- einer optischen Empfangsanordnung (60) die das von der Sendeanordnung (50) emittierte Laserlicht nach Streuung am sich bewegenden Gegenstand (9) aufnimmt, und

- einer Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Gegenstandes aus der Dopplerverschiebung des Ausgangslichts der optischen Empfangsanordnung ,

TER MEER- MÜLLER. STEINME. OTR

gekennzeichnet durch - eine konvexe Linse (6), die das aus der Kollimatorlinse austretende Laserlicht in einem vorgegebenen Bereich, in dem sich das bewegte Objekt befindet, auf parallelen Strahlengang kollimiert.

2. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendeanordnung (50) und die optische Empfangsanordnung (60) auf derselben Seite des bewegten Gegenstandes (9) angeordnet sind.

3. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendeanordnung (50) und die optische Empfangsanordnung (60) zu gegenüberliegenden Seiten des bewegten Gegenstandes (9) angeordnet sind.

4. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Linse (6) um ihre Brennweite versetzt vor der Kollimatorlinse (5) angeordnet ist und daß der vorgegebene Bereich um den Brennpunkt der Konvexlinse herum liegt.

5. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Linse (6) so angeordnet ist, daß das Laserlicht von der Kollimatorlinse (5) in einem Bereich im wesentlichen parallel wird, der um einen vorgegebenen Abstand

Mitsubishi Denki K.K.

vom Brennpunkt der Konvexlinse auf der Seite des bewegten Gegenstandes (9) entfernt liegt.

6. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Linse (6) so angeordnet ist, daß Jas Laserlicht von der Kollimatorlinse (5) in einem Bereich zwischen der Konvexlinse und deren Brennpunkt parallel wird.

7. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Sendesystem (50) einen Strahlteiler (3), der das Laserlicht vom Laser (1) aufspaltet und zwei optische Sendesonden aufweist, die jeweils aus einer optischen Paser (2), einer Kollimatorlinse (5) und einer konvexen Linse (6), die miteinander verbunden sind, besteht, wobei die Sonden so angeordnet sind, daß sich deren Licht im vorgegebenen Bereich überkreuzt, wobei das optische Empfangssystem die Laserstrahlen nach der Streuung am bewegten Gegenstand empfängt, und wobei die Bestimmungseinrichtung die Geschwindigkeit des Gegenstandes aus der Dopplerverschiebung in den zwei gestreuten Lichtstrahlen bestimmt.

8. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Empfangssystem eine optische Empfangssonde (16) aufweist, mit einem Linsensystem mit einer konvexen Linse (1O) und einer optischen Paser (2), und daß ein Fotodetektor (12) vorliegt, der das Laserlicht von der optischen Empfangssonde empfängt.

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9. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Empfangssystem eine Linse mit einer konvexen Linse und einen Fotodetektor zum Empfangen des Lichtes direkt vom Linsensystem aufweist.

10. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Sendesystem eine optische Sende- und Empfangssonde aus einer optischen Paser (20a), einer Kollimatorlinse (5) und einer konvexen Linse (6) aufweist, wobei das optische Empfangssystem diese Sonde enthält, die wiederum das am bewegten Gegenstand (9) gestreute Licht empfängt, mit einer optischen Sonde (20b), die das gestreute, von der optischen Sende- und Empfangssonde geleitete Licht und auch das von der Sonde geleitete und an derem anderen Ende reflektierte Licht leitet, das durch einen optischen Richtungskoppler (3*) tritt und in einen Fotodetektor (12) fällt, der das Licht von der Sonde empfängt.

11. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Linse (6) und die Kollimatorlinse (5) des optisehen Sendesystems durch einen Träger (7) zusammengehalten werden.

12. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Laser (1) emittierte Licht zum optischen Sendesystem durch den Raum gelangt.

Mitsubishi Denki K.K.

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13. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Laser (1) emittierte Licht durch eine optische Paser (2) in das optische Sendesystem gelangt.

14. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 10 - 13* dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendesonde im optischen Sendesystem und die optische Empfangssonde im optischen Empfangssystem miteinander vereint sind.

15. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 10 - Ij5> dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sendesonde im optischen Sendesystem, das Linsensystem und der Fotodetektor im optischen Empfangssystem miteinander vereint sind.

16. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das optische Sendesystem eine optische Faser (2) zum Leiten des Laserlichts vom Laser (1), eine Kollimatorlinse (5) zum Kollimieren des Lichts von der optischen Faser in etwa parallel einen Strahlteiler (3) zum Aufspalten des Strahles von der Kolllimatorlinse, zwei reflektierende Spiegel (17a, b) jeweils zum Reflektieren eines der vom Strahlteiler aufgespaltenen Lichtstrahlen, und zwei konvexe Linsen (6) zum Kollimieren des Lichtes von den Spiegeln mit parallelem Verlauf im vorgegebenen Bereich aufweist (Fig. lo).

17. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Sendesystem mit dem optischen Empfangssystem zu einem Sensorkopf vereint ist.

13. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Sendesystem eine optische Paser (2) zum Leiten des Laserlichts vom Laser (1), eine Kollimatorlinse (5) zum Kollimleren des Lichtes von der optischen Faser aufjparallelen Verlauf, und eine konvexe Linse (6) aufweist, zum Kollimieren des Lichtes von der Kollimatorlinse, um paralleles Licht im vorgegebenen Bereich zu erhalten, nachdem das Licht von der konvexen Linse durch eine optische Anordnung mit einem Strahlteiler (3) und zwei reflektierenden Spiegeln (17a, 17b) getreten ist (Fig. 11).

19· Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das optische Sendesystem mit dem optischen Empfangssystem zu einem Sensorkopf vereint ist.