Способ измерения скорости объекта Советский патент 1989 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оптической диагностике движущихся объектов, содержащих оптические неоднородности, преимущественно поверхностей.

Целью изобретения является упрощение способа измерения скорости объекта путем сокращения времени измерения.

На фиг.1 изображена векторная диаграмма рассеяния, поясняющая физическую сущность способа измерения; на фиг.2 - пример использования устройства, реализующего способ измерения.

Способ измерения скорости объекта осуществляют следующим образом.

Поверхность движущегося объекта освещают когерентным излучением с „. Длиной волны Ъ из точки 0, для которой выполняется условие

d -,(О

Tf o

&

00

со со оо

определяющее приближение волнового фронта к плоскому, и pci истрируют динамическую спекл-структуру рассеянного объектом излучение в точке наблюдения Р, для которой выполняется условие

-Ј sin , - (2)

определяющее соответствие дифракционной картины в точке наблюдения приближению дифракции Фраупгофера,

Вектор d представляет собой линию наибольшей разности фаз, проведенную в плоскости объекта, соответствующую распространению излучения от точки расположения источника 0 до приемника Р. Начало вектора а соответствует точке А в пятне излучения на поверхности объекта, оптический путь через которую от источника до точки наблюдения (регистрации) ОАР минимален. Конец вектора ц соответствует точке В, оптический путь через которую ОВР максимален. Вектора г 0 и г0 - показывают направления освещения точек А и В объекта, векторы и г - направления приема излучения, рассеянного в точках А и В поверхности объекта.

Амплитуда рассеянного спекл-поля в точке регистрации может быть, представлена следующим образом:

14833804

спекторе сигнала с39 с учетом которой

10

15

20

G(0) f|n АМЕ(о)

( 4

W

чЕ(1 +А.- 2TV(cos 0d+cos fd)

при о сДэ ;

2ТГ

..

где 6J0 2//f0 yV(cosr0d+cos cf) при СО -W0.

Проводя спектральный анализ электрического сигнала и определяя граничную максимальную частоту спектра f0, значение измеряемой скорости V определяют из соотношения

- 5

cosr0d+cosrd

Таким образом, измерение скорости при учете измеренных углов (r0cf) и (г,а) возможно для произвольного на- правлрния освещения объекта, что уп- 25 рощает условия проведения измерений, снимает необходимость освещения и приема излучения в направлении норма пи поверхности объекта, снижая временные затраты.

Способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг.2.

V А| Е (1)ехр { i-f 1 Г0 -t+V Я I +

Vf dSi ,(3)

+ -i +

где SL - рассеивающая область (пятно- излучения) , 1 - вектор, определяющий положение произвольного элемента dSl в пятне излучения, V - линейная скорость движения объекта, А - коэффициент характеризующий индикатриссу рас сеяния, зависящий от оптических свойств рассеивающих неоднородностей объекта в пятне излучения , Е(1) - распределение амплитуды освещаемого излучения в пятне.

При выполнении пространственных условий освещения и регистрации (1),

(2), а также -;-, -- 1, частотный г0 г

энергетический спектр электрического сигнала, полученного из регистрируе- мого спекл-поля, принимает вид

-ъ

G(W)1 (rf (AQ(E(o)E(l+ve-)exp i °s л л

1-1 (cos r l+cos rd)dS))exp Ј /5, Л(4)

Верхний предел интегрирования ограничен максимальной частотой в

G(0) f|n АМЕ(о)

( 4

W

+А.- 2TV(cos 0d+cos fd)

при о сДэ ;

2ТГ

..

где 6J0 2//f0 yV(cosr0d+cos cf) при СО -W0.

Проводя спектральный анализ электрического сигнала и определяя граничную максимальную частоту спектра f0, значение измеряемой скорости V определяют из соотношения

- 5

cosr0d+cosrd

Таким образом, измерение скорости при учете измеренных углов (r0cf) и (г,а) возможно для произвольного на- правлрния освещения объекта, что уп- рощает условия проведения измерений, снимает необходимость освещения и приема излучения в направлении норма- пи поверхности объекта, снижая временные затраты.

Способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг.2.

Излучение когерентного источника 1 через диаграмму 2 (вместо которой при близком расположении объекта целесообразно использовать оптическую систему уменьшения расходимости пучка-коллиматор), освещает плоскость движущегося объекта 3. Приемник 4 установлен в точке наблюдения рассеянного спекл-поля. С помощью оптического отсчетного устройства и угломера (на фиг.2 не показаны) определяется поло -ение линии наибольшей разности фаз d, связывающей точки А и В, соответствующих минимальному и максимальному оптическим путям источник - объект -.приемник, а также

чА -vNj

измеряются углы rd, r0d. Фотоприемник 4 преобразует оптический сигнал в электрический, которьй подается, на спектроанализатор 5. С помощью анализатора 5 определяют граничную максимальную частоту энергетического спектра f0 и по соотношению (5) .вычисляют скорость движения объекта в плоскости освещенного пятна.

Формула изобретения Способ измерения скорости объекта, заключающийся в том, что объект освещают когерентным излучением.„длиной волны , регистрируют динамическую спекл-структуру рассеянного объектом излучения, преобразуют зарегистрированное излучение в электрический сигнал, проводят спектральный анализ электрического сигнала, по результатам которого судят о скорости объекта, отличающийся тем, . что, с целью упрощения способа путем сокращения времени измерения, определяют в пятне излучения на поверхности объекта положения точки, оптический путь через которую от источни33806

ка излучения до точки регистрации минимален, и точки, оптический путь через которую - максимален, измеряют углы а, г, 3 между направлением линии а, соединяющей эти две точки, и направлениями освещения г0 и регистрации г, оптические пути вдоль которых до пятна максимальны, а величи- Ю ну скорости определяют из соотношения

Я (cosr0cf cosrif)

15

где f0 - максимальная граничная частота спектра.

Изобретение относится к контрольно - измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения скорости объектов, поверхность которых содержит оптические неоднородности. Цель изобретения - упрощение способа измерения. Плоский участок поверхности движущегося объекта освещают из точки О когерентным излучением длиной волны λ. Регистрацию рассеянного спекл - поля производят приемником, расположенным в точке Р. Учитывая направления освещения и регистрации излучения R_O,R_O¹ и R,R¹, определяют в пятне излучения на поверхности объекта положения точек А и В, соответствующих минимальному ОАР и максимальному ОВР оптическим путям излучения от источника к приемнику. Измеряют углы R_OD, RD между направлением линии D,связывающей точки А и В, и направлением освещения R_O и регистрации излучения R в точке В, определяющей максимальный оптический путь. Преобразовав оптический сигнал в электрический и проведя спектральный анализ электрического сигнала, определяют модуль скорости объекта U из соотношения U=λ х FO(COSR₀D+COSRD)^-1, где F₀ - максимальная граничная частота спектра. 2 ил.

Л

Фаз. 1

Фиг. 2

Составитель А.Тимофеев Редактор Н.Горват Техред И.Дидык Корректор А.Обручар

Заказ 2822/42

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

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

Jtf

Подписное