Лазерный измеритель скорости объекта

Лазерный измеритель скорости объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптико-элект- .ронному приборостроению и может быть использовано при измерении скорости движения объектов в условиях как их собственного свечения, гак и без него, а также при наличии значительной фоновой засветки. Цель изобретения - повышение точно-О/7?5ло^^о10 Y

Я(Я ф

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рю Граю ГЮ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903077/22 (22) 18,01,91 (46) 07.12.92. Бюл. N. 45 (72) И.В,Духан ин, А, С, Старцев, А. В.Ярошенко, Н.Н.Улезкин и Е.Ф.Черенков (56) Патент Великобритании N 1056271, кл. Н 4 D. 1963.

Авторское свидетельство СССР

N 526826, кл. G 01 P 3/68. 1976, din бло (а /Р

„„51 ÄÄ 1780016 А1 (c))с G 01 P 3/68//F 41 J 5/00 (54) ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

ОБ ЬЕКТА (57) Изобретение относится к оптико-элект.ронному приборостроению и может быть использовано при измерении скорости движения объектов в условиях как их собственного свечения, гак и без него, а также при наличии значительной фоновой засветки. Цель изобретения — повышение точно1780016

40 сти измерения скорости объекта при его отклонении от заданной траектории за счет обеспечения возможности точной автоматической установки измерительной базы.

Цель изобретения достигается следующим; измеритель образован двумя рамками 27 и

28, каждая из которых содержит прямоугольный каркас, на внутренних вертикальн ых сторонах которого закреплены вогнутые фокусирующие зеркала 47 с фокусным расстоянием, обеспечивающим минимзльную толщину лазерного луча на половине пути от одного зеркала до другого, Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению. в частности K приборам, определяющим по временному интервалу прохо>кдения измерительной базы скорость обьекта, Известны устройства фиксации моментов прохо>кденля дви>кущимся телом начала и конца измерительной базы, в которых для точного измерения скорости необходимо точно установить и измерить измерительную базу.

Известно устройство для оценки скорости равномерно движущегося обьекта, содержащее два opMHBKQBb!x фотоэлектрических чувствительных прибора, расположенных нз определенном расстоянии друг от друга вдоль пути следования тела. Каждый прибор вырабатывает сигнал при прохождении тела мимо него. Первый сигнал включает переключатель, который подает постоянное напряжение в цепь измерения, обеспечивая постоянное падание его, Второй сигнал вызывает регистрацию этого напряжения на индикаторе, шкала коТорого отградуирована непосредственно в единицах =êîðîñòè, Это устройство не позволяет измерять скорости тел при малой освещенности, при отклонении тела от расчетной траектории, а также имеет ограниченный диапазон измеряемых значений скорости, что обусловлено быстродействием оптоэлектронных чувствительных приборов, ключа и постоянной времени HC-цепей, введенных в измеригельную чзсть схемы. Кроме того, точность установки измерительной базы не позволяет повысить точность измерения скорости, а отсутствие дистанционного управления устройством требует специальной защиты оператора при проведении измерений.

8 качестве прототипа к данному изобретению выбрано устройство для измереформирующие многократное отражение лазерного луча внутри рамки. Рамки 27 и 28 установлены вертикально: одна в створе с другой перпендикулярно направляющим 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 управления и индикации позволяет более точно устанавливать и измерять величину измерительной базы в широком диапазоне значений. 5 ил. ния линейной скорости, содержащее осветитель, формирующую оптическую систему, HB оси которой >становлена двухгранная призма и далее по ходу луча расположены ромбическая призма, линза, фотоприемник, регистратор и индикатор, формирующая оптическая система включает в себя коллимационную диафрагму, линзу и щелевую диафрагму. Прямой световой поток, идущий от осветителя к призме и обратно от призмы к фотоприемнику и регистратору, образует измерительную базу. Летящее тело пересекает рабочее пространство и дважды экранирует луч, что регистрируется фотоприемником и регистратором. Однако из-эз малой площади сечения светового луча в известном устройстве и отсутствия соответствующей диафрагмы перед фотоприемником устройство не обеспечивает измерения скорости при отклонении летящего тела от расчетной траектории. Устройство не обеспечивает измерения скорости при скоростях движения v=2500 м/с из-за свечения плазмы. Устройство не позволяет в широких пределах изменять измерительную базу и с высокой степенью точности устанавливать и измерять ее величину, что необходимо для повышения точности измерения скорости.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости обьекта при его отклонении от заданной трзектории эа счет обеспечения возможности точной автоматической установки измерительной базы.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема блока регистрации и индикации: на фиг. 3 — оптическая схема оптической системы иэ N фокусирующих зеркал; на фиг.4— структурная схема вычислительного блока; на фиг. 5 — принципиальная схема блокирующего устройства, где 1 — лазер; 2 — первое

1780016 ющего устройства, где 1 — лазер; 2 — первое полупрозрачное зеркало; 3 — отражатель; 4— вторая формирующая оптическая система: 5— первая система из N фокусирующих зеркал; 6— первая диафрагма; 7 — второй основной фотоприемник; 8 — вторая диафрагма; 9 — первый фотоприемник фоновой засветки; 10 — светоделительный кубик; 11 — неподвижная призма; 12 — первая оптическая формирующая система; 13 — двухгранная призма; 14— вторая система из N фокусирующих зеркал;

15 — второе полупрозрачное зеркало; 16— параболическое зеркало; 17 — третья диафрагма; 18 — третий основной фотоприемник;

19 — четвертая диафрагма; 20 — второй фотоприемник фоновой засветки; 21 — пятая диафрагма; 22 — третий фотоприемник фоновой засветки; 23 — шестая диафрагма;

24 — первый основной фотоприемник; 25— блок регистрации и индикации; 26 — электродвигатель; 27 — неподвижная рамка; 28— подвижная рамка; 29 — подвижная площадка; 30 — станина; 31 — направляющие; 32— объект; 33 — третий компаратор; 34 — блокирующее устройство; 35 — первый компаратор; 36 —; 37 формирователь прямоугольных импульсов;

38 — генератор прямоугольных импульсов;

39 — ключ; 40 — первый счетчик; 41 — вычислительный блок; 42 — схема установки измерительной базы; 43 — второй счетчик; 44— индикатор; 45 — источник питания; 46 — схема управления лазером; 47 — вогнутые фокусирующие зеркала; 48 — входное отверстие;

49 — выходное отверстие; 50 — прямоуголь.ный каркас; F — шаг расположения зеркал;

Ь вЂ” расстояние между вертикальными стенками каркаса; — расстояние между осями входного и выходного отверстий.

Устройство работает следующим образом.

При установке измерительной базы ее заданная величина вводится в вычислительный блок 41, который через схему 42 установки измерительной базы подает сигнал на электродвигатель 36, с помощью которого перемещается подвижная площадка 29 по направляющим 31, Лазер 1 генерирует световой поток, который первым полупрозрачным зеркалом 2 делится на две части: левое и правое плечо.

В левом неподвижном плече измерителя, выполненном на станине 30, световой поток направлен отражателем 3 на вторую формирующую оптическую систему 4, которая вводит его в неподвижную рамку 27, закрепленную вертикально на станине 30 и перпендикулярно направляющим станины, состоящую из прямоугольного стального каркаса, имеющего входное 48 и выходное

49 отверстия, и на внутренних вертикальных сторонах которого закреплены вогнутые фокусирующие зеркала 47, которые фокусируют и направляют световой поток, многократно отражая его от одного зеркала до другого, и через выходное отверстие 49 и диафрагму 6, снабженную блендой, установленную перед вторым опорным фотоприемником 7, направляют излучение на блок 7, приклеенный к неподвижной рамке

27 в ее выходном отверстии 49. Для устойчивого срабатывания фотоприемника 7 при измерении скорости как светящихся, так и темных тел и при наличии фоновой засветки в выходном отверстии неподвижной рамки

27 также крепится фотоприемник 9 фоновой засветки, входное окно которого снабжено диафрагмой с блендой 8 и обращено внутрь рамы. В правое плечо измерителя, выполненное на подвижной площадке 2, образованное подвижной рамкой 28, по устройству аналогичной неподвижной рамке 27, включены образующие интерферометр светоделительный кубик 10,подвижная призма 13, расположенные так, что световой поток, выходящий из светоделительного кубика 10 и сфокусированный первой формирующей оптической системой 12, отражается подвижной призмой 13 на входное отверстие подви>кной рамки 28, а выходя из выходного отверстия той >ке рамки, попадает на светоделительный кубик 10, интерферируя со световым потоком, выходящим из неподвижной призмы 11, расположенной на станине 30, так, что при различных величинах измерительной базы световой поток, попадая на эту призму со светоделительного кубика 10, возвращается ею обратно на светоделительный кубик 10, образуя интерференционную картину на входном окне первого основного фотоприемника 24, отюстированного для этого со светоделительным кубиком 20 и соответствующим третьим фотоприемником 22 фоновой засветки. Светоделительное зеркало 15, закрепленное на оси выходного отверстия подвижной рамки

28, отводит часть светового потока, выходящего из того же отверстия, на закрепленное на подвижной площадке 28 параболическое 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 внутрь рамки входным окном.

На входном окне первого основного фотоприемника 25 образуется интерференционная картина в виде чередования светлых и темных полос.

1780016 г

1. .;1г(алы .. блокoB 22 и 24 поступа10т на в- о рой;<ом п а рата р «.6, который через бло:<иру; и;ее устройство 23 выдает сигнал запу(;I<а формирователю 37 импульсов.

Импульсы с блока 37 поступают на второй с-.е.-lili! 43, когорый выдает сигнал величи1ы из,; срительной ба3bl на вычислительный

>л:,<, при сэвг:адении величины измери-ельной ба"- bl с заданным значением вычислитель;1ый бло1< 41 выдает OTBHoBb!A сигнал

1(1 сха(.1, 4 .! уст=.íîâêè измерительной базы л сиг гал !IIp!,NKBI!N!N на индикатор 44. По1в:1х<ная I! îoIBäêа 29 останавливается в заIB I I IÎ(1 l IOË0: <Å!1И::1.

l"I;! I,P <т 3?, двигаясь по траектории, либо эк;.1(11:.1,<руе г све гавай поток внутри подвиж,-1ой ра(:к: )8, ли60 создает, в случае собстoI : —:ого свеч-;:.Н((я одинаковую засветку >ого(1р1«= : ни. ::-.>м 18 и ?0, В обоих случаях .Иг1,п .-.: ".;,! OTOTI;:Npìников ",8 и 20 равны по ,елич.: Ie u пас(упа1от на первый компара»р 3 :, !=, >PB блокиру(ощее устройство 34. 1;.: —...:;;;o."Iolàðoòîð 35 вырабатывает сиг1 1:, ои(! аггее и,"! объекта на линии ПОДвижой 1а", 1«-. 28. Зтот сигнал осуществляет

-,:;лю:еII;!P,;ë!o÷åâoã0 устройства 39 и ьч<лю. 11:1» блоп1рующего устройства 34, которое

:(1,op>..и(1ае г и; входах первого компараор :5:1а(11>я>кения. соответствующие ис, од(11,1(и 1-ри ожидании OR.åêòB, а на входе ,>г;! ли1>опателя 36 импульсов напряжение

-ык i:еп,.:)-. формирователя, ::;;,л1;сьl гпабильной длительности и ,:(ьа;и 10(,: —, пос-(упа(от o i генератора 38 че9<.. ::.Ноч 39 на первы1л счетчик 40, При пер(.:.: =- PI! I N 1елом 32 OBGT08010 патака . 1,1ри неподви>кной рамки 27 фотоприем ики и 9 выда1от одинаковые по величине !

;(IP .::P;!b! На кампаратор 33, который выклюает к1ю! 39, прекраьцающие подачу имул(-сов (> г генеpBTOpa 38 на первый ..1етчик 40 и вы:Bio«BIOugNP блокирующее

:,стройство 34, 11ервый счетчик 40 выдает си, н-.л числа полученных INìïóëüñoв, про: (10 "0-IBльный времени, на процессор 41, :((iTot)b i! F3bl I Ioi1lIPT скорость те11а 32 il0 BB" . И,II:1е и;-ч1е1>ительной базы S и времени Л l

-:е (1рохо>1<дения тег1îM

Б l/Q де (. -- (, <01:!ол ь тела;

Л PBличиriB измерительной базы, ".(-- время прохождения телом измериi Pi1bi-I i 1 СИЗЫ

В:, 11..:.: ги гельный блок 41 выдает сигнал инди,а ц IN (..-,0po TN объе1<та 42 H B индикатор 44, I-1еобходимо отметить, что фотоприемники 9, 20 и 22 фоновой засветки введены ,(1лкеIIиеM л=(i(5 -ь +I /sl I00%, где S — измерительная база;

b — расстояние между вертикальными стенками каркаса, 1 — расстояние между осями входного и выходного отверстий каркаса.

Формула изобретения

Лазерный измеритель скорости объекта, содержащий последовательно установленные и оптически сопряженные источник света, первую формирующую оптическую систему, двухгранную призму и первый основной фотоприемник, а также блок регистрации и индикации, вход которого соединeí с выходом первого основного фотоприемн ика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения скорости объекта при его отклонении от заданной траектории за счет обеспечения возможнасти точной автоматической установки измерительной базы, устройство выполнено в виде станины с направляющими, подвижной площадки, подви>кной рамки и рамки, жестко закрепленной на станине, при этом рамки установлены перпендикулярно направляющим станины, одна в створе другой, а подвижная рамка установлена на подвижной площадке с возможностью перемещен1ия, источник света выполнен в виде лазера, введены последовательно соединные и оптически сопряженные первое полупрозрачное зеркало, первый отражатель, 1780016

10 вторая формирующая оптическая система, первая система иэ N фокусирующих зеркал, первая диафрагма и второй основной фотоприемник, вторая диафрагма, первый фотоприемник фоновой засветки, при этом первая система иэ N фокусирующих зеркал, первая и вторая дифрагмы, второй основной фотоприемник и первый фотоприемник фоновой засветки установлены на неподвижной рамке, введены последовательно установленные и оптически сопряженные светоделительный кубик и неподвижная призма, оптически сопряженные с первым полупрозрачным зеркалом и первой формирующей оптической системой, оптически сопряженные вторая система из N фокусирующих зеркал, второй полупрозрачное зеркало, параболическое зеркало, третья диафрагма и третий основной фотоприемник, четвертая диафрагма и второй фотоприемник фоновой засветки, а также пятая диафрагма и третий фотоприемник фоновой засветки, при этом двухгранная призма, вторая система из N фокусирующих зеркал, четвертая диафрагма и второй фотоприемник фоновой засветки установлены на подвижной рамке, лазер, первое полупрозрачное зеркало, светоделительный кубик, второе полупрозрачное зеркало, параболическое зеркало, третья диафрагма и третий фотоприемник фоновой засветки установлены на подвижной площадке, а неподвижная призма и электродвигатель установлены на станине, перед первым основным фотоприемником установлена шестая диафрагма, первая — шестая диафрагмы снабжены блендами, первая и вторая системы из N фокусирующих зеркал выполнены в виде прямоугольного каркаса, на одной из вертикальных стенок которого выполнены входное и выходное отверстия, на внутренних вертикальных стенках которого закреплены N вогнутых фокусирующих зеркал, расположенных на асстоянии 2А друг от друга, где

А= Е /4+Ь /2, где F — шаг расположения

45 зеркал; Ь вЂ” расстояние между вертикальными стенками каркаса, количество N которых определяется выражением N=I/F-2, где — расстояние между осями 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 формирователя прямоугольных импульсов и второго счетчика, а также генератора прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключа, третьего 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, источника питания, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом схемы управления лазером и первым входом схемы установки измерительной базы, второй вход которой соединен с вторым 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 формирователя прямоугольных импульсов, при этом первый и второй входы второго компаратора соединены с выходами первого основного фотоприемника и третьего фотоприемника фоновой засветки соответственно, третий и четвертый входы блокирующего устройства соединены с выходами третьего основного фотоприемника и второго фотоприемника фоновой засветки, первый и второй входы третьего компаратора соединены с выходами второго основного фотоприемника и первого фотоприемника фоновой засветки соответственно, выход схемы управления лазером соединен с входом лазера, второй выход схемы установки измерительной базы соединен с входом электродвигателя.

1780016

1780016 кол:И

К14.й. от АСМО От Kh,%

Составитель M.Ðàåâñêàÿ

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палид

Редактор И.Савина

Заказ 4433 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101