SU1075814A1 - Способ измерени линейной скорости объекта и оптико-волоконный измеритель линейной скорости - Google Patents

Abstract

1. Способ измерени  линейной скорости объекта путем облучени  его пучком когерентного света, приема рассе нного от объекта света и измерени  частоты доплеровского сигнала в рассе нном свете, по которому суд т о составл ющей вектора скорости движени  объекта, параллельной оси пучка когерентного света, отличающийс  тем, что, с целью измерени  вектора скорости путем одновременного измерени  его ортогональной компоненты , пучок когерентного света пространственно модулируют по амплитуде и измер ют максимальную ширину спектра дойлеровского сигнала, по которой суд т о составл ющей век (Л тора скорости движени  объекта, ортогональной оси- пучка когерентного света.

Description

/////////

СП

00

/

tfuz f

2. Оптико-волоконный измеритель линейной скоростиi содержащий последовательно расположенные лазер, светоделитель, фокусирующую линзу, световод и фотоприемник, оптически согласованный со светоделителем, а также измеритель частоты доШ1е1

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  скорости объектов,в том числе потоков жидких и газовых сред. Изобретение может быть использовано при проведении измерени  в труднодоступных местах и . может найти применение в медицине, в нефтехимической промьшшенности, в теплоэнергетике. . .

Известен способ измерени  линейной скорости движени  объекта, в котором облучают объект пучком когерентного света, принимают рассе нный от объекта свет и измер ют частому доплеровского сигнала в рассе нном свете, по которой суд т о составл ющей вектора скорости движени  объекта.

Известен оптико-волоконный измеритель скорости, содержащий последовательно расположенные лазер, светоделитель , фокусирующую линзу, световод и фотоприемник, оптически согласованный со светоделителем, и измеритель доплеровской частоты,подключенный к фотоприемнику.

Действие известного устройства основано на измерении доплеровской частоты пропорциональной скорости движени  среды. Выделение доплеровской частоты происходит на фотоприемнике при фотосмещений двух оптических сигналов: опорного возникающего при отражении части излучени  выходным торцом световода, и рассе нного движущейс  средой. При этом свето- вод играет роль приемо-передающей антенны.

. Известные способы и устройства. позвол ют измер ть лишь одну составл ющую вектора скорости, параллельную оси пучка лазера, что  вл етс 

ровского сигнала, подключенный к фотоприемнику, отличающийс   тем, что в него введен измеритель ширины спе.ктрапьных составл ющих фототока, подключенный к фотоприемнику , а световод выполнен многомодовым,

недостатком, снижающим точность измерений .

Цель изобретени  - измерение вектора скорости путем одновременного измерени  его ортогональной компоненты .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе измерени  линейной скорости объекта путем облучени  его пучком когерентного света, приема рассе нного от объекта света и измерени  частоты доплеровского сигнала в рассе нном свете, по которому суд т о составл ющей вектора скорости движени  объекта, параллельной оси пучка когерентного света , пучок когерентного света пространственно модулируют по амплитуде и измер ют максимальную ширину спектра доплеровского сигнала, по которой суд т о составл ющей вектора скорости движени  объекта, ортогональной оси.пучка когерентного света.

В оптико-волоконный измеритель, содержащий последовательно расположенные лазер, светоделитель, фокусирующую линзу, световод и фотоприемник , оптически согласованный со светоделителем, а также измеритель частоты доплеровского сигнала, подключенный к фотоприемнику, введен измеритель ширины спектральных составл ющих фототока, подключенный к фотоприемнику, а световод выполнен многомодовым.

На фиг.1 приведена схема, по сн юща  сущность предлагаемого способа измерени  скорости, на фиг,2 - схема предлагаемого оптико-волоконного измерител } на фиг.З - схематически показано расположение вектора скорости и его составл ющих по отношению к облучающему пучку; на фиг.4 распределение амплитуды пол  в попе речном сечении облучающего пучкаj на фиг.5 - график зависимости ширин спектра пространственных частот пол облучающего пучка от рассто ни  до торца световода. На фиг.1 изображено устройство. Устройство содержит лазер 1, пол прозрачное зеркало-светоделитель 2/, модул тор 3, зеркало 4 и фотоприемник 5, подключенный к измерителю доплеровского спектра 6 и измеритеjpo ишрины доплеровского сигнала 7. При реализации способа излучение лазера 1 дел т полупрозрачным зеркалом 2 на два пучка: облучающий и опорный. Облучающий пучок пропускают через модул тор 3 и направл ют на объект, а опорный пучок направл ют на зеркало 4 и далее на фотоприемник 5. Модул тор модулирует об лучающий пучок в поперечном сечении по амплитуде, причем спектр простра (Л ) (модулирующе ственных частот А(Р) имеет ограниченную функции ширину: где А - пространственна  частота модулирующей функции; dA - ширина спектра пространственных частот; р - произвольно выбранна  ось в поперечном сечении пучка Объект, пересекающий облучающий пучок, рассеивает излучение, которое направл ют на фотоприемник 5, где смешивают с излучением опорного пучка. Доплеровскан частота фототока фотоприемника 5 определ ет продольную составл ющую вектора скорости Vj. Ширина доплеровского спектра определ ет поперечную составл ющую вектора скорости v . Доплеровскую частоту измер ют частотомером 6 и определ ют V ц . Измерителем 7 (анализатор спектра ) измер ют ширину спектра доплеровского сигнала и затем определ ют поперечную составл ющую скорости v Описанный способ измерени  скорости осуществлен в волоконнооптическом измерителе (см.фиг.2). Измеритель содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер 1, направленный ответвитель 2, собирающую линзу 8, много144 модовый световод 9. Направленный ответвитель 2 может быть выполнен в виде полупрозрачного зеркала с пол ризатором 10 между ним и объективом 11 или в виде зеркала с отверстием на оптической оси дл  прохождени  пр мого лазерного излучени  и пол ризатора 10, помещенного также между зеркалом и объективом 11, в обоих случа х главна  ось пол ризатора скрещена с плоскостью пол ризации пр мого лазерного излучени  . Направленный ответвитель 2 может быть также выполнен в виде призмы Рошона или Волластона. Направленный ответвитель 2 оптически св зан с последовательно расположенными объективом 11 и фотоприемником 5. С фотоприемником 5 св зан измеритель доплеровской частоты фототока 7, например частотомер , и измеритель ширины доплеровского спектра 6, например анализатор спектра. В предлагаемом измерителе скорости модул тором облучающего пучка  вл етс  сам световод 9. Пучок, прошедший многомодовый световод, промодулирован по амплитуде, так называемыми, спекловыми п тнами (см. 3 и 4). В непосредственной близости от торца (ближн   зона световода) зту модул цию можно рассматривать как результат интерференции плоских волн, распростран ющихс  по световоду со случайной фазой в пределах апертуры. Максимальна  пространственна  частота спекловых п тен соответствует интерференции между плоскими волнами, распростран ющимис  под максимальным углом, равным апертуре световода. Следовательно, спектр пространственных частот в ближней зоне световода имеет ограниченную ширину, котора  равна л - , (2) де Д СУ Граница ближней зоны находитс  на удалении 2о от торца световода (см.фиг.5). В дальней-зоне, на рассто нии 2- 2 от торца световода, ширина спектра

пространственных частот амплитуды пол  равна

4Л т (4)

2

гдеВ- диаметр световода.

Таким образом световод модулирует обг.учающий пучок по амплитуде в поперечном сечении, причем ширина спектра пространЬтвенных частот после световода ограничена и определ тс  выражени ми (2) и (4).

Волоконно-оптический измеритель скорости (см.фиг.2) работает следующим образом.

Излучение лазера 1 посредством линзы 8 вводитс  в световод 9 и распростран етс  к дальнему концу.На дальнем (выходном) торце распростран ющеес  по световоду 9 излучение paздeл etc  на опорный и облу-чающий пучки. При этом опорный пучок отражаетс  от торца обратно в световод 9, а облучающий пучок выходит из световода 9;,. падает на движущийс  объектj рассеиваетс  и внов захватываетс  световодом 9. Отраженный и рассе нный оптические пучки передаютс  по световоду 9 и направл ютс  на фотоприемник 5. При этом

пр мое лазерное излучение, отраженное линзой 8 и передним торцом световода 9, поглощаетс  пол ризатором 10, чем достигаетс  отсутствие паразитной засчетки на фотоприемнике 5.

Сигнал фотоприемника 5 направл етс  на частотомер 7 дл  измерени  доплеровской частЬты фототока и на анализатор спектра дл  измерени  ширины доплеровского спектра, с помощью которых определ ют поперечную и продольные координаты вектора ско- рости движени  объекта.

Погрешность измерени  абсолютного значени  скорости определ етс , в основном, погрешностью изменени  ее поперечной составл ющей Vj, В волоконно-оптическом измерителе при использовании в качестве измеритёл  6 анализатора спектра эта погрешность составл ет около 10% процентов.

iTi

&

2ё

т

Фиг,5

Claims (2)

1. Способ измерения линейной скорости объекта путем облучения его пучком когерентного света, приема рассеянного от объекта света и измерения частоты доплеровского сигнала в рассеянном свете, по которому судят о составляющей вектора скорости движения объекта, параллельной оси пучка когерентного света, отличающийся тем, что, с целью измерения вектора скорости путем одновременного измерения его ортогональной компоненты, пучок когерентного света пространственно модулируют по амплитуде и измеряют максимальную ширину спектра доплеровского сигнала, по которой судят о составляющей вектора скорости движения объекта, ортогональной оси- пучка когерентного света.

/

2. Оптико-волоконный измеритель линейной скорости; содержащий последовательно расположенные лазер, светоделитель, фокусирующую линзу, световод и фотоприемник, оптически согласованный со светоделителем, а также измеритель частоты доппле ровского сигнала, подключенный к фотоприемнику, отличающий· с я тем, что в него введен измери тель ширины спектральных составляю щих фототока, подключенный к фотоприемнику, а световод выполнен многомодовым.