SU376723A1 - Устройство для бесконтактного измерения линейной скорости диффузно отражающих объектов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к лазерньш допплёровским измерител м скорости и может быть использовано в тех област х техники, где требуетс , точное бесконтактное измерение скорости диффузно отражающих объектов, предпочтительно в том случае, когда вектор скорости параллелен движущемус  объекту, например при .измерении скорости проката.

Известны устройства, измер ющие линейную скорость движени  объектов но допплеровскому сдвигу частоты,, содержащие лазер, фотоприемник , оптическую систему .и след щий фильтр.

В таких устройствах дл  измерени  скорости диффузно отражающих объектов требуетс  наличие в тракте отраженного луча нр.иемной диафрагмы, котора  выполн етс  обычно в виде отверсти , максимальный диаметр которого ограничиваетс  «площадью когерентности .

Недостатком известных устройств  вл етс  малое отнощение сигнала к щуму .и мала  точность измерени .

Малое отношение сигнала к щуму обусловлено малой интенсивностью отраженного луча , ирошедщего через диафрагму, отверстие которой выполн етс  возможно малым дл  уменьшени  разброса углов, образуемых отраженными лучами с вектором коитрол.ируемой скорости.

2

Мала  точность измерени  обусловлена большим разбросом углов, образуемых относительно вектора контролируемой скорости, отраженными лучами, прошедщими через диафрагму , отверстие которой выполн етс  возможно больщим дл  пропуска иотока энергии , необходимого дл  воспри ти  его фотопркемником , .и повышени  отношени  полезного сигнала к шуму.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и увеличение отношени  сигнала к шуму - достигаетс  тем, что диафрагма выиолнеиа в виде щели, очерченой по дуге окружности , и помещена в нлоскости, перпендикул риой направлеаию движени  измер емого объекта, нричем центр дуги расположен па пересечении с плоскостью диафрагмы пр мой, параллельной вектору скорости, проход щей через центр п тна, образованного зондирующим лучом на контролируемой поверхности, длина дуги выбираетс  заполн ющей аппертуру фокусирующей линзы, ширина щели - минимальной дл  выбранного фотоприемника. На фиг. 1 изображена схема иредлагаемого

устройства; на фиг. 2 дано геометрическое построенне , по сн ющее работу диафрагмы.

Устройство состоит из газового ОКГ 1, интерферометра 2 и фотопр.иемиика 3. В одном из плеч интерферометра находитс  облучаема 

лучом 4 поверхность 5, котора  движетс  с линейной скоростью V и имеет диаграмму иаиравленности 6. В другом плече интерферометра находитс  опорное зеркало 7. Интерферометр содержит также разделительные пластины 8, 9 и фокусируюш,ую линзу 10. На пути отраженного иод углом р луча 11 расположены дугообразна  диафрагма 12 и линза 13. Луч газового ОКГ 1 разделительной пластиной 8 делитс  на две части. Одна часть луча 4, фокусируема  л.иизой 10, облучает в точке О движущуюс  со скоростью V поверхность 5 под углом а к проекции луча 4 па плоскость в обычных обозначени х). (под углом а Рассе нные под углом j3 к вектору скорости (под углом.р в обычных обозначени х, отнесенном к нормали) лучи //, имеющие допплеровское смещение частоты, воснриаимаютс  диафрагмой 12 с дугообразной щелью и приемной линзой 13 фокусируютс  на фотоприемни .к 3. Одновременно на фотоприемник 3 попадает гетеродипный сигнал, идущий от опорного зеркала 7, и смещиваетс  с сигналом смещенной частоты. Точность измерени  скорости зависит от отнощени  сигнал : щум и будет тем больще, чем больще это отнощен.ие. Последнее может быть больще за счет увеличени  интенсивности лучей , попадающих в фотоприемник, что достигаетс  применением диафрагмы, выполнеиной в форме дуги. Точность измерени  скорости зависит от угла расхождени  отраженных лучей и будет тем больше, чем меньще этот угол, т. е. чем меньще щирина диафрагмы. Отраженные движущейс  поверхностью 5 лучи имеют допплеровокое смещение частоты, определ емое следующим выражением: ( 1) -(cosa - cosp)... где Рд - допплеровское смещение частоты, V - скорость движущейс  поверхности, Я - длина волны зондирующего луча, а, - угол между зондирующим лучом и вектором скорости, 3 - угол между направлением приема и вектором скорости. Интенсивность допилеровского сигнала зависит от количества лучей, пропущепных диафрагмой , но из формулы (1) видно, что при cc const лучи, рассе нные иод разными углами р, дают различный допплеровский сдвиг частоты , т е. щирокий спектр. Дл  увеличени  интенсивности допплеровского сигнала без расщиреии  его спектра необходимо из множества лучей, рассе нных диффузной поверхностью 5, выделить те, что отвечают условию p const. Этому условию отвечают лучи, лежащие на конической поверхности, ось которой совпадает с направлением еектора скорости, а верщина находитс  в точке О падени  зондирующего луча 4, причем плоский угол при вершине конуса равен 2,р. В плоскости, перпендикул рной вектору скорости , эти лучи лежат на дуге окружиости с центром в точке О на оси конуса, что и определ ет выбор формы щели диафрагмы. Расположение диафрагмы в плоскости, перпендикул рной вектору скорости,  вл етс  наиболее простым, так как при расположении диафрагмы в другой плоскости, например в плоскости, перпендикул рной центральному лучу, форма щели должна быть описана по дуге эллипса, представл ющей собой цептральпую проекцию, определенной выще щели в плоскости, перпендикул рной направлению скорости на плоскость установки диафрагмы. Полна  длина щели диафрагмы определ етс  аппертурой приемной линзы 13, а минимальна  щирина щели ограничиваетс  чувствительностью фотоприемника. Предмет изобретени  Устройство дл  бесконтактного измерени  линейной скорости диффузно отражающих объектов, содержащее лазер, оптическую систему , фотоприемник и расположенную в тракте отраженного луча диафрагму, отличающее Тбм, что, с целью повыщени  точности и увеличени  отношени  сигнала к щуму, диафрагма выполнена в виде щели, очерченной по дуге окружиости, и помещена в плоскости, перпендикул рной направлению движени  измер емого объекта, причем центр дуги расположен па пересечении с плоскостью диафрагмы пр мой, параллельной вектору скорости , проход щей через центр н тна, образованного зондирующим лучом на контролируемой поверхности, длина дуги выбираетс  заполн ющей аппертуру фиксирующей линзы, а щирина щели - минимальной дл  выбранного фотоприемника.

//