СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G01P3/50 G01P3/36 

Изобретение относится к области измерения линейной скорости тел, осуществляющих перемещение в пространстве: космическом, воздушном, водном и т.п. и может быть использовано в тех областях науки и техники, где требуется определение линейной скорости.

Известен способ определения скорости движения тел, основанный на эффекте Доплера, заключающийся в том, что испускается два цуга когерентных волн, один из которых используется в качестве опорного и связанного с условно-неподвижным вещественным телом отсчета, а другой используется в качестве зондирующего, который после отражения от движущегося тела складывается с опорным. После детектирования результата сложения выделяется разностная частота ("доплеровское смещение"), которая является мерой скорости движения тела (см. Физика быстропротекающих процессов./Под ред. Н.А. Златина. - М.: Мир, 1971, с. 383 - 385).

Недостатками данного способа являются привязка к условно-неподвижному вещественному телу отсчета и невозможность определения скорости движения тела при отсутствии первого.

Известен также способ измерения линейной скорости движения тела, заключающийся в том, что два когерентных пучка непрерывных электромагнитных волн излучаются навстречу друг другу вдоль одной прямой в вакууме (или в воздухе) с последующим разделением на две составляющие каждого. Две первые составляющие, продолжая распространяться в том же направлении, складываются на полупрозрачной пластине, создавая интерференционную картину. Две вторые составляющие изменяют свое направление и попадают в замедляющую систему с высоким показателем преломления, ограниченную полупрозрачными пластинами, на которых создаются интерференционные картины. При ускоренном движении тела, с которым связано измерительное устройство, происходит изменение частот колебаний, прошедших через среду с высоким показателем преломления, и изменение частоты колебаний биений электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме (или в воздухе). По разности этих изменений определяют приращение линейной скорости (см. SU, а.с. 1760456, кл. G 01 P 3/36, 1992).

Недостатком данного способа является невозможность определения линейной скорости равномерного движения тела.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа путем обеспечения возможности определения линейной скорости равномерного движения тела.

Поставленная цель достигается тем, что в вакууме создается стоячая электромагнитная волна двумя направленными навстречу друг другу вдоль одной прямой цугами когерентных электромагнитных волн, поляризованных в одной плоскости и не связанных с излучателями, и подсчитывается число ее узлов или пучностей за время, не превосходящее время излучения цугов волн, после чего находится линейная скорость движения тела по формуле
v = 2Nλ/t,
где v - линейная скорость движения тела;
N - число пучностей или узлов стоячей электромагнитной волны;
t - время, в течение которого осуществляется подсчет числа узлов или пучностей стоячей электромагнитной волны.

В предлагаемом способе определения линейной скорости, в том числе и равномерного движения тела, осуществляется по подсчету числа пучностей или узлов стоящей электромагнитной волны, создаваемой в вакууме двумя цугами когерентных электромагнитных волн, поляризованных в одной плоскости и не связанных с излучателями, которая устанавливается в вакууме в течение времени, не превосходящем времени излучения цугов электромагнитных волн. Так как стоячая электромагнитная волна образуется двумя цугами когерентных электромагнитных волн, поляризованных в одной плоскости и не связанных с излучателями, то стоячая электромагнитная волна оказывается не связанной с движущимся телом и занимает фиксированное положение в пространстве, будучи не связанной с какими-либо вещественными телами. В то время как в известном способе определение изменения линейной скорости движения тела осуществляется через измерение разности изменений частот: колебаний, прошедших через среду с высоким показателем преломления, и колебаний биений электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме (или в воздухе), - невозможно определение скорости равномерного движения тела.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит пусковое устройство 1, выход которого соединен как с генератором гармонических колебаний 2, выход которого связан с излучателями электромагнитных колебаний 3, испускающих цуги электромагнитных волн 4, так и с входом первого генератора одиночных прямоугольных импульсов 5, выход которого соединен с первым формирователем импульсов по срезу 5, выход которого соединен с входом второго генератора одиночных прямоугольных импульсов 7, выход которого связан с входом второго формирователя импульсов по срезу 8, выход которого соединен с входом остановки счетчика импульсов 9, пусковой вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов по срезу 6, а счетный вход - с выходом приемника электромагнитного поля 10 с антенной 11, а все это устройство расположено на теле 12, движущемся со скоростью v.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим способом. При включении пускового устройства 1 последнее вырабатывает сигнал, запускающий генератор гармонических колебаний 2, который формирует гармонические электрические колебания в течение времени t_изл, величина которого связана с расстоянием L между излучателями электромагнитных волн 3 и антенной 11 соотношением
t_изл < L/c, (1)
где c - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме.

Под действием полученных гармонических электрических колебаний излучатели электромагнитных волн 3 одновременно испускают навстречу друг другу вдоль одной прямой цуги когерентных электромагнитных волн 4, поляризованных в одной плоскости.

Тем же сигналом с выхода пускового устройства 1 запускается первый генератор одиночных прямоугольных импульсов 5, который формирует прямоугольный импульс длительностью
t = (L+λ)/c, (2)
где λ - длина электромагнитной волны.

Этот импульс поступает на вход формирователя импульсов по срезу 6, который вырабатывает короткий импульс по срезу (заднему фронту пришедшего на его вход импульса), поступающий на пусковой вход счетчика импульсов 9 и вход второго генератора одиночных прямоугольных импульсов 7, который вырабатывает прямоугольный импульс длительностью
t₂ ≤ t_изл/4 (3)
В течение этого времени происходит наложение двух цугов когерентных электромагнитных волн, поляризованных в одной плоскости, в результате чего образуется стоячая электромагнитная волна, не связанная с излучателями и занимающая фиксированное положение в пространстве в течение времени t_изл/2.

Если антенна 11, будучи неподвижной относительно тела 12, перемещается относительно образовавшейся электромагнитной стоячей волны, то в ней формируются импульсы тока, пропорциональные пучностям стоящей электромагнитной волны, которые усиливаются и оформляются в прямоугольные приемником электромагнитного поля 10, с выхода которого они поступают на счетный вход счетчика импульсов 9, который производит их счет до тех пор, пока на его вход установки не поступает короткий импульс с выхода второго формирователя импульсов по срезу 8, который в свою очередь формирует короткий импульс по срезу (заднему фронту) прямоугольного импульса, поступающего на его вход с выхода второго генератора одиночных прямоугольных импульсов 7. Тогда скорость у движения тела 12 определится по формуле:
v = Nλ/2t₂ = 2Nλ/t_изл, (4)
где N - число импульсов, подсчитанных счетчиком импульсов за время его работы.

Способ предназначен для измерения линейной скорости движения тел, осуществляющих перемещение в пространстве: космическом, воздушном, водном. Способ позволяет определять линейную скорость движения тела при отсутствии информационной связи у этого тела с другими вещественными телами. Цуги когерентных электромагнитных волн направляют навстречу друг другу вдоль одной прямой в вакууме ограниченное время. Подсчитывают за время, не превосходящее время излучения, число узлов или пучностей стоящей волны в вакууме и по их числу и длине электромагнитной волны определяют искомую скорость. 1 ил.

Способ измерения линейной скорости движения тел, заключающийся в создании стоячей электромагнитной волны двумя направленными навстречу друг другу вдоль одной прямой цугами когерентных электромагнитных волн, поляризованных в одной плоскости, отличающийся тем, что цуги электромагнитных волн излучают в вакууме ограниченное время, с помощью устройства, движущегося вместе с телом, подсчитывают за время, не превосходящее время излучения, число узлов или пучностей стоячей электромагнитной волны в вакууме, а линейную скорость движения тела относительно стоячей электромагнитной волны определяют по формуле

где V - линейная скорость движения тела относительно стоячей электромагнитной волны;
N - число узлов или пучностей стоячей электромагнитной волны, подсчитанных за время t;
λ - длина электромагнитной волны.