Лазерный судовой измеритель относительной скорости Российский патент 2023 года по МПК G01P3/36 G01P5/26 

Устройство относится к области морского приборостроения и может быть использовано в качестве лазерного судового измерителя относительной продольной и поперечной скорости.

Известен относительный электромагнитный лаг - дрейфометр [1], содержащий клинкет, в котором размещен датчик скорости, выполненный с возможностью поворота относительно оси клинкета.

Недостатком устройства является сложность конструкции, предусматривающая, в частности, использование синхронно-следящего привода с поворотным валом для поворота датчика и измерения поперечной скорости.

Известен двухосевой электромагнитный лаг, EML-500 (Yokogawa, Япония), он обеспечивает измерение относительной скорости в двух ортогональных направлениях, но имеет малую точность измерения поперечной скорости перешвартовки судна и в условиях дрейфа.

Для преодоления этих недостатков относительных электромагнитных лагов в последние годы был разработан комбинированный лаг, состоящий из одноосевого электромагнитного лага и двухосевого спутникового лага (Naviknot Goos), однако он требует наличие устойчивого спутникового сигнала, что ограничивает его автономность.

Представляет интерес комбинированный лазерный судовой измеритель скорости [2], предназначенный для использования в качестве относительного и абсолютного лага, однако его аппаратурная и конструктивная сложность ограничивает области его применения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является лазерный доплеровский измеритель относительной скорости судна [3], состоящий из лазерного доплеровского датчика, в состав которого входят лазерный излучатель, дифракционная решетка, фокусирующая линза, приемная линза и фотоприемник, выход которого соединен со входом преобразователя доплеровского сигнала.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение - расширение функциональных возможностей лазерного измерителя относительной скорости путем создания двухосевого устройства, обеспечивающего измерения продольной и поперечной скорости судна, отличающего простотой конструкции эксплуатационной надежностью и повышением точности измерения поперечной скорости. Эта задача решается за счет того, что в известное устройство дополнительно входят второй лазерный доплеровский датчик, в состав которого входят лазерный излучатель, светоделительная призма, фокусирующая линза, приемная линза, фотоприемник, и второй преобразователь доплеровских сигналов, вход которого соединен с выходом фотоприемника, а выходы обоих преобразователей подключены к входам вычислительного устройства.

Сущность устройства поясняется чертежом (рис. 1).

В состав устройства входят лазерный два лазерных доплеровских датчика, два преобразователя доплеровских сигналов, вычислительное устройство и защитное оптическое окно.

Первый лазерный датчик состоит из передающего канала в составе: лазерный излучатель (6), дифракционная решетка (9), фокусирующая линза (12) и приемного канала в составе: приемной линзы (11) и фотоприемника (8), выход которого соединен с входом преобразователя доплеровских сигналов ПДС1 (2).

Второй лазерный датчик состоит из передающего канала в составе: лазерный излучатель (4), светоделительная призма (5) и фокусирующая линза(13) и приемного канала в составе: приемной линзы (10) и фотоприемника (7), выход которого соединен с входом преобразователя доплеровских сигналов ПДС2 (3).

Выходы ПДС1 (2) и ПДС2 (3) подключены к входам вычислительного устройства (1).

Устройство работает следующим образом. Световой пучок лазерного излучателя (6) проходит дифракционную решетку (9) и фокусирующую линзу (12) формируя в воде в рабочей зоне (15) изображение интерференционной картины (решетки), оптическая ось которой параллельна продольной оси судна. Лазерное излучение, рассеянное оптическими неоднородностями водного потока, фокусируется приемной линзой (11) на фотоприемнике (8) и преобразуется в электрический сигнал, который подается на вход ПДС1 (2) для формирования унифицированного сигнала, частота которого пропорциональна продольной скорости судна.

Световой пучок лазерного излучателя (4) преобразуется светоделительной призмой (5) в 2 пучка, которые пересекаются в воде в рабочей точке (16), формируя интерференционную картину, оптическая ось которой перпендикулярна продольной оси судна. Рассеянное излучение фокусируется приемной линзой (10) на фотоприемнике (7) и преобразуется в электрический сигнал, который подается на вход ПДС2 (3) для формирования унифицированного сигнала, частота которого пропорциональна поперечной скорости судна.

Выходные сигналы ПДС1 (2) и ПДС2 (3) подаются на входы вычислителя (1) для определения текущих значений продольной и поперечной скорости судна.

Благодаря применению во втором датчике расщепителя лазерного пучка на базе светоделительной призмы может быть получен минимальный шаг решетки (до 3-5 мкм), что обеспечивает высокую точность измерения малых значений поперечной скорости судна.

Источники информации

1. Авторское свидетельство RU 2503014 C2, 2011.12.13.

2. Авторское свидетельство RU 2689273 C1, 2018.06.25.

3. Лазерные доплеровские измерители скорости для промышленности и транспорта (Ю.Д. Каминский, С.Ю. Проскурнёв и др.), Лазер-Информ. №1-2, 2017.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для использования в качестве судового лазерного измерителя относительной скорости. Устройство содержит два лазерных доплеровских датчика, два преобразователя доплеровских сигналов и вычислительное устройство. Первый датчик содержит лазерный излучатель, расщепитель лазерного пучка на базе дифракционной решетки и фокусирующую линзу, а также приемную линзу и фотоприемник, выход которого подключен к входу преобразователя доплеровского сигнала. Второй датчик содержит лазерный излучатель, расщепитель лазерного пучка на базе светоделительной призмы и фокусирующую линзу, а также приемную линзу и фотоприемник, выход которого подключен к входу второго преобразователя доплеровского сигнала. Выходы преобразователей доплеровского сигнала подключены к входам вычислительного устройства. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства, а именно измерение продольной и поперечной скорости, а также увеличение точности измерения поперечной скорости. 1 ил.

Лазерный судовой измеритель относительной скорости, содержащий лазерный доплеровский датчик, в состав которого входят лазерный излучатель, дифракционная решетка, фокусирующая линза, приемная линза и фотоприемник, выход которого подключен к входу преобразователя доплеровских сигналов, отличающийся тем, что в устройство дополнительно вводятся: второй лазерный доплеровский датчик, состоящий из лазерного излучателя, светоделительной призмы, фокусирующей линзы, приемной линзы и фотоприемника, выход которого подключен к входу второго преобразователя доплеровских сигналов, выходы преобразователей подключены к входам вычислительного устройства.