Лазерный измеритель скорости объекта Советский патент 1992 года по МПК G01P3/68 F41J5/00 

0-7

гб

/ 5j}uffi/

f

Vue.t

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 вертикальных сторонах которого закреплены вогнутые фокусирующие зеркала 47 с фокусным расстоянием, обеспечивающим минимальную толщину лазерного луча на половине пути от одного зеркала до другого.

формирующие 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.

Изобретение относится к оптико-элект- .ронному приборостроению и может быть ис- пользовано 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

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к приборам, определяющим по временному интервалу прохождения измерительной базы скорость объекта.

Известны устройства фиксации моментов прохождения движущимся 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 объекта, содержащее два одинаковых фотоэлектрических чувствительных прибора, расположенных на 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 скорости.

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 RC-цепей, введенных в измерительную часть 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.

В качестве прототипа к данному изобретению выбрано устройство для измерения линейной скорости, содержащее осветитель, формирующую оптическую систему, на оси которой .установлена 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-за 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 м/с из-за свечения плазмы. Устройство не позволяет в широких

пределах изменять измерительную базу и с

высокой степеньюточности устанавливать и

измерять ее величину, что необходимо для

повышения точности измерения скорости.

Целью изобретения является повышенив точности измерения скорости объекта при его отклонении от заданной траектории за 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 из N фокусирующих зеркал; на фиг,4 структурная схема вычислительного блока; на фиг. 5 - принципиальная схема блокирующего устройства, где 1 - лазер; 2 - первое

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 компарато|э; 36 - второй компаратор; 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; b - расстояние между вертикальными стенками каркаса; I - 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

0 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

5 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,

5 расположенные так, что световой поток, выходящий из светоделительного кубика 10 и сфокусированный первой формирующей оптической системой 12, отражается подвижной призмой 13 на входное отверстие

0 подвижной рамки 28, а выходя из выходного отверстия той же 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. Све5 тоделительное 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

0 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

5 внутрь рамки входным окном.

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

с блоков 22 и 24 поступают на второй ксмпаратор 26, который через блоKL pyioiij,ee устройство 23 выдает сигнал запуска формирователю 37 импульсов. Импульсы с 6;юка 37 поступают на второй счетчик 3, который выдает сигнал величимь ng.viepiifель-{ой базы на вычислительный блок, при совпадении величины измерительной базы с заданным значением вычислительный блок 41 выдает стеновый сигнал i)i схему -12 установки измерительной базы и сигма.п индикации на индикатор 44. Подвижная плоидадка 29 останавливается взанангюм 1оло;1 ;вмии,

OobeiCT 32, двигаясь по траектории, либо экрги-гирует световой поток внутри подвиж;-10й 28, либо создает, в случае собстustHOiO свечения одинаковую засветку ротоприемникам 18 и 20. В обоих случаях сигнпиЬ с фотоприемников 18 и 20 равны по пеличине и поступают на первый компаратор 35 через блокирующее устройство 34. Первый компаратор 35 вырабатывает сигчрл присуютвия объекта на линии подвиж-iQM )амкг: 28. Этот сигнал осуществляет 1;сл1о-;епие ключевого устройства 39 и включемие блокирующего устройства 34, которое 1оддер);а.1Г)ает н;: входах первого компарагорз 35 напряжения, соответствующ1 е ис/;одн1 1м при ожидании объекта, а на входе Форл Ирователя 36 импульсов напряжение ,| 0-е 1- я ((эормироватбля.

плпултсы стабильной длительности и :;-свч;;ч:-;осги поступают от генератора 38 через ключ 39 на первый счетчик 40. При пересе :ении телом 32 светового потока bi-iyipH неподвижной рамки 27 фотоприем ;и см 7 ,. 9 выдают одинаковые по величине сигналь; i-ia компаратор 33, который выключает ключ 39, прекращающие подачу им ульсоо oi генератора 38 на первый счетчик 40 и выключающие блокирующее устройство 34. Первый счетчик 40 выдает Cii нал Ч1и,;ла полученных импульсов, про:К 01и-:онульный врембни, нэ процессор41, ;(оторьй выч11сл,чет скорость тела 32 по ве/ичине измерительной базы S и времени Д t ее прохождения телом

.де V - скорость тела;

3 велич1.1на измерительной базы;

:.t- время прохождения телом измерительной базы.

Б ыч1тс.; ительный блок 41 выдает сигнал индикации скорости объекта 42 на индикатор 44.

Необходимо отметить, что фотоприемники У, 20 ti 22 фоновой засветки введены для компенсации фототока соответствующих основных фотоприемников 7, 18 и 24, вызванного фоновой засветкой. При экранировании объектом 32 (нулей) луча внутри рамки на основные фотоприемники поступает лишь фоновая засветка, так же как и на фотоприемники, поэтому сигналы с них равны по величине.

В случае светящегося объекта свечение последнего создает более интенсивную засветку как основным, так и фотоприемником фоновой засветки, в результате чего на вход компаратора также будут подаваться два сигнала, равных по величине.

В режиме ожидания объекта 32 основныв фотоприемники постоянно имеют засветку лазерным лучом, которая по интенсивности больше, чем фоновая засветка, в результате на вход компаратора поступают разные по величине сигналы.

В случае отклонения летящего объекта

от расчетной траектории возрастает погрешность измерения на величину приращения измерительной базы, что в самом неблагоприятном случае составит величину,

определяемую выражением

Д 100%,

где S - измерительная база;

. b - расстояние между вертикальными стенками каркаса;

I - 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 соединен с выходом первого основного фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения скорости

объекта при его отклонении от заданной траектории за счет обеспечения возможности точной автоматической установки измерительной базы, устройство выполнено в виде станины с направляющими, подвижной площадки, подвижной 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 перемещения, источник света выполнен з виде лазера,введены последовательно соединные и оптически сопряженные первое полупрозрачное зеркало, первый отражатель.

вторая формирующая оптическая система, первая система из N фокусирующих зеркал, первая диафрагма и второй основной фотоприемник, вторая диафрагма, первый фотоприемник фоновой засветки, при этом первая система из 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 пербой 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 расстоянии 2А друг от друга, где A vF/4+bi/2 где F - шаг расположения

зеркал: b - расстояние между вертикальными стенками каркаса, количество N которых определяется выражением N l/F-2, где I - 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

5 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,

0 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

5 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 фотопрйемника и третьего фо5 топриемника фоновой засветки соответственно, третий и четвертый входы блокирующего устройства соединены с выходами третьего основного фотоприемника и второго фотоприемника фоновой засветки, первый и

0 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.

Сигнал иниииализаиии

с ода 3л.W отол. i9 conjM. Vf

.tfV

KhM