RU1780016C

RU1780016C - Лазерный измеритель скорости объекта

Info

Publication number: RU1780016C
Application number: SU914903077A
Authority: RU
Inventors: Игорь Вячеславович Духанин; Анатолий Сергеевич Старцев; Александр Вячеславович Ярошенко; Николай Николаевич Улезкин; Евгений Фомич Черенков
Original assignee: Войсковая часть 51105
Priority date: 1991-01-18
Filing date: 1991-01-18
Publication date: 1992-12-07

Abstract

Изобретение относитс к оптико-элект- .ронному приборостроению и может быть ис- пользовано при измерении скорости движени объектов в услови х как их собственного свечени , гак и без него, а также при наличии значительной фоновой засветки. Цель изобретени - повышение точно-О/7?5ло^^о10 Y

Description

0-7

гб

/ 5j}uffi/

f

Vue.t

сти измерени скорости объекта при его отклонении от заданной траектории за счет обеспечени возможности точной автоматической установки измерительной базы. Цель изобретени достигаетс следующим; измеритель образован двум рамками 27 и 28, кажда из которых содержит пр моугольный каркас, на внутренних вертикальных сторонах которого закреплены вогнутые фокусирующие зеркала 47 с фокусным рассто нием, обеспечивающим минимальную толщину лазерного луча на половине пути от одного зеркала до другого.

формирующие многократное отражение лазерного луча внутри рамки. Рамки 27 и 28 установлены вертикально: одна в створе с другой перпендикул рно направл ющим станины . Одна из рамок 27 неподвижно закреплена на станине 30, а рамка 28 установлена на подвижной площадке 29. Каждый из основных фотоприемников 24, 7, 18 снабжен фотоприемником фоновой засветки 22, 9, 20. Усовершенствование блока 25 управлени и индикации позвол ет более точно устанавливать и измер ть величину измерительной базы в широком диапазоне значений. 5 ил.

Изобретение относитс к оптико-электронному приборостроению, в частности к приборам, определ ющим по временному интервалу прохождени измерительной базы скорость объекта.

Известны устройства фиксации моментов прохождени движущимс телом начала и конца измерительной базы, в которых дл точного измерени скорости необходимо точно установить и измерить измерительную базу.

Известно устройство дл оценки скорости равномерно движущегос объекта, содержащее два одинаковых фотоэлектрических чувствительных прибора, расположенных на определенном рассто нии друг от друга вдоль пути следовани тела. Каждый прибор вырабатывает сигнал при прохождении тела мимо него. Первый сигнал включает переключатель, который подает посто нное напр жение в цепь измерени , обеспечива посто нное падание его.

Второй сигнал вызывает регистрацию этого напр жени на индикаторе, шкала которого отградуирована непосредственно в единицах скорости.

Это устройство не позвол ет измер ть скорости тел при малой освещенности, при отклонении тела от расчетной траектории, а также имеет ограниченный диапазон измер емых значений скорости, что обусловлено быстродействием оптоэлектронных чувствительных приборов, ключа и посто нной времени RC-цепей, введенных в измерительную часть схемы. Кроме того, точность установки измерительной базы не позвол ет повысить точность измерени скорости, а отсутствие дистанционного управлени устройством требует специальной защиты оператора при проведении измерений.

В качестве прототипа к данному изобретению выбрано устройство дл измерени линейной скорости, содержащее осветитель , формирующую оптическую систему, на оси которой .установлена двухгранна призма и далее по ходу луча расположены

ромбическа призма, линза, фотоприемник, регистратор и индикатор, формирующа оптическа система включает в себ коллимационную диафрагму, линзу и щелевую диафрагму. Пр мой световой поток, идущий

от осветител к призме и обратно от призмы к фотоприемнику и регистратору, образует измерительную базу. Лет щее тело пересекает рабочее пространство и дважды экранирует луч, что регистрируетс фотоприемником и регистратором. Однако из-за малой площади сечени светового луча в известном устройстве и отсутстви соответствующей диафрагмы перед фотоприемником устройство не обеспечивает измерени

скорости при отклонении лет щего тела от расчетной траектории. Устройство не обеспечивает измерени скорости при скорост х движени м/с из-за свечени плазмы. Устройство не позвол ет в широких

пределах измен ть измерительную базу и с

высокой степеньюточности устанавливать и

измер ть ее величину, что необходимо дл

повышени точности измерени скорости.

Целью изобретени вл етс повышенив точности измерени скорости объекта при его отклонении от заданной траектории за счет обеспечени возможности точной автоматической установки измерительной базы.

На фиг.1 представлена функциональна

схема устройства; на фиг. 2 - структурна схема блока регистрации и индикации; на фиг. 3 - оптическа схема оптической системы из N фокусирующих зеркал; на фиг,4 структурна схема вычислительного блока; на фиг. 5 - принципиальна схема блокирующего устройства, где 1 - лазер; 2 - первое

ющего устройства, где 1 - лазер; 2 - первое полупрозрачное зеркало; 3 - отражатель; 4 втора формирующа оптическа система: 5 перва система из N фокусирующих зеркал; 6 перва диафрагма; 7 - второй основной фотоприемник; 8 - втора диафрагма; 9 - первый фотоприемник фоновой засветки; 10 - светоделительный кубик; 11 - неподвижна призма; 12 - перва оптическа формирующа система; 13 - двухгранна призма; 14 втора система из N фокусирующих зеркал; 15 - второе полупрозрачное зеркало; 16 параболическое зеркало; 17 - треть диафрагма; 18 - третий основной фотоприемник; 19 - четверта диафрагма; 20 - второй фотоприемник фоновой засветки; 21 - п та диафрагма; 22 - третий фотоприемник фоновой засветки; 23 - шеста диафрагма; 24 - первый основной фотоприемник; 25 блок регистрации и индикации; 26 - электродвигатель; 27 - неподвижна рамка; 28 подвижна рамка; 29 - подвижна площадка; 30 - станина; 31 - направл ющие; 32 объект; 33 -третий компаратор; 34 - блокирующее устройство; 35 - первый компарато|э; 36 - второй компаратор; 37 формирователь пр моугольных импульсов;

38- генератор пр моугольных импульсов;

39- ключ; 40 - первый счетчик; 41 - вычислительный блок; 42 - схема установки измерительной базы; 43 - второй счетчик; 44 индикатор; 45 - источник питани ; 46 - схема управлени лазером; 47 - вогнутые фокусирующие зеркала; 48 - входное отверстие; 49 - выходное отверстие; 50 - пр моуголь .ный каркас; F - шаг расположени зеркал; b - рассто ние между вертикальными стенками каркаса; I - рассто ние между ос ми входного и выходного отверстий.

Устройство работает следующим образом .

При установке измерительной базы ее заданна величина вводитс в вычислительный блок 41, который через схему 42 установки измерительной базы подает сигнал на электродвигатель 36, с помощью которого перемещаетс подвижна площадка 29 по направл ющим 31. Лазер 1 генерирует световой поток, который первым полупрозрачным зеркалом 2 делитс на две части; левое и правое плечо.

В левом неподвижном плече измерител , выполненном на станине 30, световой поток направлен отражателем 3 на вторую формирующую оптическую систему 4, котора вводит его в неподвижную рамку 27, закрепленную вертикально на станине 30 и перпендикул рно направл ющим станины, состо щую из пр моугольного стального каркаса, имеющего входное 48 и выходное

49 отверсти , и на внутренних вертикальных сторонах которого закреплены вогнутые фокусирующие зеркала 47, которые фокусируют и направл ют световой поток, многократно отража его от одного зеркала до другого, и через выходное отверстие 49 и диафрагму 6, снабженную блендой, установленную перед вторым опорным фотоприемником 7, направл ют излучение на

0 блок 7, приклеенный к неподвижной рамке 27 в ее выходном отверстии 49. Дл устойчивого срабатывани фотоприемника 7 при измерении скорости как свет щихс , так и темных тел и при наличии фоновой засветки

5 в выходном отверстии неподвижной рамки 27 также крепитс фотоприемник 9 фоновой засветки, входное окно которого снабжено диафрагмой с блендой 8 и обращено внутрь рамы. В правое плечо измерител , выполненное на подвижной площадке 2, образованное подвижной рамкой 28, по устройству аналогичной неподвижной рамке 27, включены образующие интерферометр светоделительный кубик 10,подвижна призма 13,

5 расположенные так, что световой поток, выход щий из светоделительного кубика 10 и сфокусированный первой формирующей оптической системой 12, отражаетс подвижной призмой 13 на входное отверстие

0 подвижной рамки 28, а выход из выходного отверсти той же рамки, попадает на светоделительный кубик 10, интерфериру со световым потоком, выход щим из неподвижной призмы 11, расположенной на станине 30, так, что при различных величинах измерительной базы световой поток, попада на эту призму со светоделительного кубика 10, возвращаетс ею обратно на светоделительный кубик 10, образу интерференционную картину на входном окне первого основного фотоприемника 24, отюстированного дл этого со светоделительным кубиком 20 и соответствующим третьим фотоприемником 22 фоновой засветки. Све5 тоделительное зеркало 15, закрепленное на оси выходного отверсти подвижной рамки 28, отводит часть светового потока, выход щего из того же отверсти , на закрепленное на подвижной площадке 28 параболическое

0 зеркало 16, в фокусе которого расположены третий основной фотоприемник 18, а фотоприемник 20 фоновой засветки того же типа установлен на внутренней поверхности каркаса подвижной рамки 28 обращенным

5 внутрь рамки входным окном.

На входном окне первого основного фотоприемника 25 образуетс интерференционна картина в виде чередовани светлых и темных полос.

с блоков 22 и 24 поступают на второй ксмпаратор 26, который через блоKL pyioiij ,ee устройство 23 выдает сигнал запуска формирователю 37 импульсов. Импульсы с 6;юка 37 поступают на второй счетчик 3, который выдает сигнал величимь ng.viepiifель-{ой базы на вычислительный блок, при совпадении величины измерительной базы с заданным значением вычислительный блок 41 выдает стеновый сигнал i)i схему -12 установки измерительной базы и сигма.п индикации на индикатор 44. Подвижна плоидадка 29 останавливаетс взанангюм 1оло;1 ;вмии,

OobeiCT 32, двига сь по траектории, либо экрги-гирует световой поток внутри подвиж;-10й 28, либо создает, в случае собстustHOiO свечени одинаковую засветку ротоприемникам 18 и 20. В обоих случа х сигнпиЬ с фотоприемников 18 и 20 равны по пеличине и поступают на первый компаратор 35 через блокирующее устройство 34. Первый компаратор 35 вырабатывает сигчрл присуютви объекта на линии подвиж-iQM )амкг: 28. Этот сигнал осуществл ет 1;сл1о-;епие ключевого устройства 39 и включемие блокирующего устройства 34, которое 1оддер);а.1Г)ает н;: входах первого компарагорз 35 напр жени , соответствующ1 е ис/;одн1 1м при ожидании объекта, а на входе Форл Ировател 36 импульсов напр жение ,| 0-е 1- ((эормироватбл .

плпултсы стабильной длительности и :;-свч;;ч:-;осги поступают от генератора 38 через ключ 39 на первый счетчик 40. При пересе :ении телом 32 светового потока bi-iyipH неподвижной рамки 27 фотоприем ;и см 7 ,. 9 выдают одинаковые по величине сигналь; i-ia компаратор 33, который выключает ключ 39, прекращающие подачу им ульсоо oi генератора 38 на первый счетчик 40 и выключающие блокирующее устройство 34. Первый счетчик 40 выдает Cii нал Ч1и,;ла полученных импульсов, про:К 01и-:онульный врембни, нэ процессор41, ;(оторьй выч11сл,чет скорость тела 32 по ве/ичине измерительной базы S и времени Д t ее прохождени телом

.де V - скорость тела;

3 велич1.1на измерительной базы;

:.t- врем прохождени телом измерительной базы.

Б ыч1тс.; ительный блок 41 выдает сигнал индикации скорости объекта 42 на индикатор 44.

Необходимо отметить, что фотоприемники У, 20 ti 22 фоновой засветки введены дл компенсации фототока соответствующих основных фотоприемников 7, 18 и 24, вызванного фоновой засветкой. При экранировании объектом 32 (нулей) луча внутри рамки на основные фотоприемники поступает лишь фонова засветка, так же как и на фотоприемники, поэтому сигналы с них равны по величине.

В случае свет щегос объекта свечение последнего создает более интенсивную засветку как основным, так и фотоприемником фоновой засветки, в результате чего на вход компаратора также будут подаватьс два сигнала, равных по величине.

В режиме ожидани объекта 32 основныв фотоприемники посто нно имеют засветку лазерным лучом, котора по интенсивности больше, чем фонова засветка , в результате на вход компаратора поступают разные по величине сигналы.

В случае отклонени лет щего объекта

от расчетной траектории возрастает погрешность измерени на величину приращени измерительной базы, что в самом неблагопри тном случае составит величину,

определ емую выражением

Д 100%,

где S - измерительна база;

. b - рассто ние между вертикальными стенками каркаса;

I - рассто ние между ос ми входного и выходного отверстий каркаса.

Claims

Формула изобретени

Лазерный измеритель скорости объекта , содержащий последовательно установленные и оптически сопр женные источник света, первую формирующую оптическую систему, двухгранную призму и первый основной фотоприемник, а также блок регистрации и индикации,вход которого соединен с выходом первого основного фотоприемника , отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени скорости

объекта при его отклонении от заданной траектории за счет обеспечени возможности точной автоматической установки измерительной базы, устройство выполнено в виде станины с направл ющими, подвижной площадки, подвижной рамки и рамки, жестко закрепленной на станине, при этом рамки установлены перпендикул рно направл ющим станины, одна в створе другой, а подвижна рамка установлена на подвижной площадке с возможностью перемещени , источник света выполнен з виде лазера,введены последовательно соединные и оптически сопр женные первое полупрозрачное зеркало, первый отражатель.

втора формирующа оптическа система, перва система из N фокусирующих зеркал, перва диафрагма и второй основной фотоприемник , втора диафрагма, первый фотоприемник фоновой засветки, при этом перва система из N фокусирующих зеркал , перва и втора дифрагмы, второй основной фотоприемник и первый фотоприемник фоновой засветки установлены на неподвижной рамке, введены последовательно установленные и оптически сопр женные светоделительный кубик и неподвижна призма, оптически сопр женные с первым полупрозрачным зеркалом и пербой формирующей оптической системой , оптически сопр женные втора система из N фокусирующих зеркал, второй полупрозрачное зеркало, параболическое зеркало, треть диафрагма и третий основной фотоприемник, четверта диафрагма и второй фотоприемник фоновой засветки, а также п та диафрагма и третий фотоприемник фоновой засветки, при этом двухгранна призма, втора система из N фокусирующих зеркал, четверта диафрагма и второй фотоприемник фоновой засветки установлены на подвижной рамке, лазер, первое полупрозрачное зеркало, светоделительный кубик, второе полупрозрачное зеркало , параболическое зеркало, треть диафрагма и третий фотоприемник фоновой засветки установлены на подвижной площадке , а неподвижна призма и электродвигатель установлены на станине, перед первым основным фотоприемником установлена шеста диафрагма, перва - шеста диафрагмы снабжены блендами, перва и втора системы из N фокусирующих зеркал выполнены в виде пр моугольного каркаса , на одной из вертикальных стенок которого выполнены входное и выходное отверсти , на внутренних вертикальных стенках которого закреплены N вогнутых фокусирующих зеркал, расположенных на рассто нии 2А друг от друга, где A vF/4+bi/2 где F - шаг расположени

зеркал: b - рассто ние между вертикальными стенками каркаса, количество N которых определ етс выражением N l/F-2, где I - рассто ние между ос ми входного и выходного отверстий, блок регистрации и индикации выполнен в виде последовательно соединенных блокирующего устройства, первого компаратора, ключа, первого счетчика, вычислительного блока и индикатора, последовательно соединенных формировател пр моугольных импульсов и второго счетчика, а также генератора пр моугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключа, третьего

5 компаратора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим входом ключа и первым входом блокирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора,

0 источника питани , первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом схемы управлени лазером и первым входом схемы установки измерительной базы , второй вход которой соединен с вторым

5 выходом вычислительного блока, второй вход которого соединен с первым выходом схемы установки измерительной базы, третий вход вычислительного блока соединен с выходом второго счетчик, второй выход блокирующего устройства соединен с входом формировател пр моугольных импульсов, при этом первый и второй входы второго компаратора соединены с выходами первого основного фотопрйемника и третьего фо5 топриемника фоновой засветки соответственно, третий и четвертый входы блокирующего устройства соединены с выходами третьего основного фотоприемника и второго фотоприемника фоновой засветки, первый и

0 второй входы третьего компаратора соединены с выходами второго основного фотоприемника и первого фотоприемника фоновой засветки соответственно, выход схемы управлени лазером соединен с входом лазера, второй выход схемы установки измерительной базы соединен с входом электродвигател .

Сигнал иниииализаиии

с ода 3л.W отол. i9 conjM. Vf

.tfV

KhM