Изобретение относится к лазерньш допплёровским измерителям скорости и может быть использовано в тех областях техники, где требуется, точное бесконтактное измерение скорости диффузно отражающих объектов, предпочтительно в том случае, когда вектор скорости параллелен движущемуся объекту, например при .измерении скорости проката.
Известны устройства, измеряющие линейную скорость движения объектов но допплеровскому сдвигу частоты,, содержащие лазер, фотоприемник, оптическую систему .и следящий фильтр.
В таких устройствах для измерения скорости диффузно отражающих объектов требуется наличие в тракте отраженного луча нр.иемной диафрагмы, которая выполняется обычно в виде отверстия, максимальный диаметр которого ограничивается «площадью когерентности.
Недостатком известных устройств является малое отнощение сигнала к щуму .и малая точность измерения.
Малое отношение сигнала к щуму обусловлено малой интенсивностью отраженного луча, ирошедщего через диафрагму, отверстие которой выполняется возможно малым для уменьшения разброса углов, образуемых отраженными лучами с вектором коитрол.ируемой скорости.
2
Малая точность измерения обусловлена большим разбросом углов, образуемых относительно вектора контролируемой скорости, отраженными лучами, прошедщими через диафрагму, отверстие которой выполняется возможно больщим для пропуска иотока энергии, необходимого для восприятия его фотопркемником, .и повышения отношения полезного сигнала к шуму.
Цель изобретения - повышение точности измерения и увеличение отношения сигнала к шуму - достигается тем, что диафрагма выиолнеиа в виде щели, очерченой по дуге окружности, и помещена в нлоскости, перпендикуляриой направлеаию движения измеряемого объекта, нричем центр дуги расположен па пересечении с плоскостью диафрагмы прямой, параллельной вектору скорости, проходящей через центр пятна, образованного зондирующим лучом на контролируемой поверхности, длина дуги выбирается заполняющей аппертуру фокусирующей линзы, ширина щели - минимальной для выбранного фотоприемника. На фиг. 1 изображена схема иредлагаемого
устройства; на фиг. 2 дано геометрическое построенне, поясняющее работу диафрагмы.
Устройство состоит из газового ОКГ 1, интерферометра 2 и фотопр.иемиика 3. В одном из плеч интерферометра находится облучаемая
лучом 4 поверхность 5, которая движется с линейной скоростью V и имеет диаграмму иаиравленности 6. В другом плече интерферометра находится опорное зеркало 7. Интерферометр содержит также разделительные пластины 8, 9 и фокусируюш,ую линзу 10. На пути отраженного иод углом р луча 11 расположены дугообразная диафрагма 12 и линза 13. Луч газового ОКГ 1 разделительной пластиной 8 делится на две части. Одна часть луча 4, фокусируемая л.иизой 10, облучает в точке О движущуюся со скоростью V поверхность 5 под углом а к проекции луча 4 па плоскость в обычных обозначениях). (под углом а Рассеянные под углом j3 к вектору скорости (под углом.р в обычных обозначениях, отнесенном к нормали) лучи //, имеющие допплеровское смещение частоты, воснриаимаются диафрагмой 12 с дугообразной щелью и приемной линзой 13 фокусируются на фотоприемни.к 3. Одновременно на фотоприемник 3 попадает гетеродипный сигнал, идущий от опорного зеркала 7, и смещивается с сигналом смещенной частоты. Точность измерения скорости зависит от отнощения сигнал : щум и будет тем больще, чем больще это отнощен.ие. Последнее может быть больще за счет увеличения интенсивности лучей, попадающих в фотоприемник, что достигается применением диафрагмы, выполнеиной в форме дуги. Точность измерения скорости зависит от угла расхождения отраженных лучей и будет тем больше, чем меньще этот угол, т. е. чем меньще щирина диафрагмы. Отраженные движущейся поверхностью 5 лучи имеют допплеровокое смещение частоты, определяемое следующим выражением: (1) -(cosa - cosp)... где Рд - допплеровское смещение частоты, V - скорость движущейся поверхности, Я - длина волны зондирующего луча, а, - угол между зондирующим лучом и вектором скорости, 3 - угол между направлением приема и вектором скорости. Интенсивность допилеровского сигнала зависит от количества лучей, пропущепных диафрагмой, но из формулы (1) видно, что при cc const лучи, рассеянные иод разными углами р, дают различный допплеровский сдвиг частоты, т е. щирокий спектр. Для увеличения интенсивности допплеровского сигнала без расщиреиия его спектра необходимо из множества лучей, рассеянных диффузной поверхностью 5, выделить те, что отвечают условию p const. Этому условию отвечают лучи, лежащие на конической поверхности, ось которой совпадает с направлением еектора скорости, а верщина находится в точке О падения зондирующего луча 4, причем плоский угол при вершине конуса равен 2,р. В плоскости, перпендикулярной вектору скорости, эти лучи лежат на дуге окружиости с центром в точке О на оси конуса, что и определяет выбор формы щели диафрагмы. Расположение диафрагмы в плоскости, перпендикулярной вектору скорости, является наиболее простым, так как при расположении диафрагмы в другой плоскости, например в плоскости, перпендикулярной центральному лучу, форма щели должна быть описана по дуге эллипса, представляющей собой цептральпую проекцию, определенной выще щели в плоскости, перпендикулярной направлению скорости на плоскость установки диафрагмы. Полная длина щели диафрагмы определяется аппертурой приемной линзы 13, а минимальная щирина щели ограничивается чувствительностью фотоприемника. Предмет изобретения Устройство для бесконтактного измерения линейной скорости диффузно отражающих объектов, содержащее лазер, оптическую систему, фотоприемник и расположенную в тракте отраженного луча диафрагму, отличающее Тбм, что, с целью повыщения точности и увеличения отношения сигнала к щуму, диафрагма выполнена в виде щели, очерченной по дуге окружиости, и помещена в плоскости, перпендикулярной направлению движения измеряемого объекта, причем центр дуги расположен па пересечении с плоскостью диафрагмы прямой, параллельной вектору скорости, проходящей через центр нятна, образованного зондирующим лучом на контролируемой поверхности, длина дуги выбирается заполняющей аппертуру фиксирующей линзы, а щирина щели - минимальной для выбранного фотоприемника.
//
