Лазерный допплеровский измеритель скорости Советский патент 1979 года по МПК G01P3/36 

I

Изобретение относится к измеритепьной технике и технической физике 8 может использоваться при исследовании параметров потоков.

Известны устройства аналогичного назначения, содержащие последовательно расположенные лазер, поляризационный расщепитель, направляющий объектив и сфото приемники.

Известен также лазерный допплеровскнй измеритель скорости, содержащий лазер, поляризационный расщепитель, направляющий объектив, фокусирующий и приемный объективы, поляризационную призму-анализатор, два фотоприемиика i и электронный блок измерения.

Недостатками этих устройств является небольщая точность измерения и невозможность определения знака скорости.

Для повыщения точности и определения знака скорости в предлагаемом устройстве между фокусирующим и направляющим объективами на пути каждого из расщепленных пучков установлены однополосные частотные модуляторы.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно расположенные лазер 1, объектив 2, лучевой расщепитель 3, направпяюший объектив 4, фокусируюший объектна 5, приемный объектив 6 с диафрагмой 7, поляризационную призму 8 с четвертьволновой фазовой пластиной 9 на выходе и два фотоэлектрическах приемника Ю и 11 расщепленных пучков. Лучевой расщепитель 3 расположен в общей фокальной плоскости объективов 2 и 4, образуквдих телескопическую трубку. Между объективами 4 и 5 на путях расщепленных Пучков помешевы эпектрооп- тические однополосные частотные модуляторы 12 и 13 с равными амплитудами несущей и одной боковой. Перед модуляторами установлены четвертьволновые фазовые пластинки 14 и 15. 3 модуляторов осуществляется гене(атором 16 модупирутошего сигнала. Электронный блок измерения допплеровской частоты содержит формирователь 17 им пульсной Последовательности опорной частоты, выполненный в виде сумматора частот сигиальпьге последовательноС тей с приемников Ю, Ц, формирова тель 18 импульсной последовательности допплеровской частоты и определитель 19 знака скорости, выполненные в виде вычитающих схем частот сигнальных последовательностей приемников| цифровой частотомер 2О, подключенный к выходам схем 17, 18, 19. Устройство работает следующим образом. Луч лазера 1 после прохождения телескопической трубки (объективы 2 и 4) и лучевого расщепителя 3 расщепляется на два параллельных ортогонально-поляризационных пучка. Ращепленпые пучки четвертьволновыми пластинками обращаются соответственно в пучки с правой и левой круговой поляризациями и попадают на элект юоптические одно полосные частотные модуляторы. 12 и 1 на выходе которых амплитуды несущей и боковой должны быть равны. Модулируклцие сигналы создают два взаимно перпендикулярных и ортогональ ных по фазе электрических поля. На вы ходе каждого -из модуляторов результи рующий пучок состоит из несущей, поля ризация которой совпадает с поляризаци входного пучка, и одной боковой, имеющ поляризацию проти аоположного знака. Амплитуд :. несущей и боковой одинаковы Поскольку входные пучки для первого и второго модуляторов имеют противоположные циркулярные поляризации, несущая на выходе одного модулятора и бо- .ковая на выходе другого поляризаторов объективом 5 фокусируются в исследуемую область потока, скорость которого подлежит измерению, В результате интерференции в рассеи ва1сщем объеме формируются два пространственно совмещенные интерференционные щетки, развязанные по ортогональным круговым поляризациям. Интерференционные полосы в каждой из решеток бегут в противоположных направлениях по нормали к биссектрисе угла между пересекакхцямнся пучками со скоростью, пропорциональной частоте модуляции. Рассеиваюшве частицы О4 пересекают область поляризации интерференционных рещеток. При этом преимущественная поляризация рассеянного света совпадает, с поляризацией падающих пучков. Изобран;ение интерференционных решеток в рассеянном движущимися частицами света формируется в ортогонально поляризованных пучках на входных апертурах приемников Ю и 11 объективом 6 с диафрагмой 7 и четвертьволновой фазовой пластинкой 9, преобразующей пучки с круговыми поляризациями в пучки с ортогональными линейными поляризациями, которые затем. разделяются поляризационной призмой 8. Отсюда следует, что частота допплеровской составляющей на выходе одного фотоприемника равна сумме частоты модуляции и допплеровской частоты, тогда как частота допплеровской составляющей на выходе второго фотоприемника равна {эазности частоты модулжгции и допплеровской частоты. Сигналы с выходов фотоприемников Ю Vi 11 преобразуются сначала в импульсные последовательности (в суммарную и разностную импульсные последовательности). Используя далее полученные импульсные последовательности, пропорциональные допплеровской частоте и частоте модуляции (причем последнюю выбирают как опорную высокую частоту заполнения более низкой допплеровской частоты), можно реализовать измерение допплеровской частоты (блоки 17, 18) с помощью частотомера 20. Определение знака скорости (определитель 19 знака скорости) производится схемами, аналогичными по принципу действия схемам суммирования и вычитания частот. Формула изобретения Лазерный допплеровский измеритель скорости, содержащий последовательно расположенные лазер, поляризационную призму-расщепитель, направляющий рбъектив, фокусирующий и приемный объективы, поляризационную призму-анализатор, два фотоприемника и электронный блок измерения, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повыщения точности и определения знака скорости, между фокусирующим и направляющим объективами на пути каждого из расщепленных пучков установлены однополосные частотные модуляторы. 3

23

НЬ-Й 5