Способ измерения скорости

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

O9l (11) @11 4 С 01 Р 3/36

„ с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4100373/24-10 (22) 11. 08.86 (46) 07.10.88. Бюл. Ф 37 (72) В.И.щербак (53) 535.8(088.8) (56) Патент ФРГ 11 - 3008252, кл. G 01 $ 17/58, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1093974, кл. G 01 P 3/36, 1982. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-. зовано для бесконтактного измерения скорости движения прозрачных жидкостей, газов, а также для измерения скорости устройства относительно окружающей среды. Целью изобретения. является повышение точности измерения за счет увеличения отношения сиг" нала к шуму. Пучок когерентного оптического излучения источника направляют в открытый двухзеркальный плоский оптический резонатор 2, содержащий движущуюся среду, под отличным от прямого углом к направлению движения среды. После каждого прохода резонатора часть излучения выделяют и осуществляют оптическое смешение всех выделяемых составляющих излучения, в том числе часть излучения источника и излучения, многократно прошедшего резонатор. Осуществляют фотоэлектрическое преобразование оптического сигнала смешения, измеряют период импульсного электрического сигнала, определяют доплеровский сдвиг частоты, по которому судят о скорости. Способ позволяет измерять скорость среды, практически не содержащей светорассеивающих примесей. ил.

1429033

))-1

При равенств е ког ерентно суммируемых амплитуд а;= а что достигается выбором коэффициента отражения полупрозрачного покрытия, выражение (1) Г(а) = / а;ехр )(я + i )rJ, 2 50

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь:зовано для измерения скорости движения прозрачных жидкостей, газов, а .также для измерения скорости измерительного устройства относительно ок"ружающей среды.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уве- 1О

;личения отношения сигнал/шум.

На чертеже изображена блок-схема оптико-электронного устройства, реа лизующего способ измерения, Устройство содержит источник 1 ко- t5

; герентного излучения, двухзеркальный, плоский открытый оптический резонатор 2, собирающую линзу 3, диафраг: му 4, фотоприемник 5 и электронный блок 6. Резонатор 2 выполнсн в виде 2О двухзеркальной плоскости, через которую в направлении 7 движется среда.

Зеркала 8 и 9 резонатора 2 выполнены в виде параллепьных поверхностей, причем на поверхность 8 нанесено час- 25 тично отражающее, а на поверхность 9 полностью отражающее покрытия.

Сущность способа состоит в следую" щем.

При прохождении через движущуюся относительно резонатора среду оптическое излучение приобретает доплеровский сдвиг частоты Q пропорциональный проекции скорости движения среды на направление распространения излучения. Если оптическую волну п

35 раз пропустить через движущуюся среду с помощью двухзеркального резонатора, то сдвиг частоты равен nu . Если после каждого прохода резонатора часть „О излучения выделяется с помощью частично отражающего покрытия и суммируется с пучками, вьделенными при пре" дьдущих проходах оптического излучения через среду, то амплитуда волны „ может быть представлена в виде может быть представлено в следующем виде:

sin(nu t/2)

E(t) = а, —.— — -"---- ехр )и,д. sin(a t/2)

При преобразовании оптического сигнала в электрический- выходная реакция фотоприемника пропорциональна мощности оптического излучения, которая согласно выражению (2) может быть представлена в виде

P(t) = а, --.— -- — -)

q sin пи t/2

° Я (3) sin (у t/2)

1 е

Сигнал на выходе фотоприемника согласно выражению (3) предс тавляет собой последовательность импульсов длительностью = 2)) /па и периодом следования

2Н

Т = (4)

Q)

При этом многократное вьделение и суммирование оптического сигнала позволяет увеличить в и раз амплитуду

Q. и в и раз мощность полезной составляющей информативного сигнала. Информация об измеряемой проекции скорости перемещения среды содержится в пери оде следования импульсов на выходе фотоприемника.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Когерентное излучение источника 1 амплитуды E с длиной волны излучео ния ф направляется в резонатор 2 под углом к направлению движения среды, отличным от прямого. Взаимодействуя со средой, движущейся в направлении

7, волны Е, E,..., Е приобретают соответствующие доплеровские сдвиги частоты. Вследствие параллельности поверхностей 8 и 9 все волны имеют равную пространственную частоту. Линза 8 осуществляет фокусировку пада" ющих воли на зрачок диафрагмы 4, которая осуществляет подавление составляющих, имеющих пространственную частоту, отличную от несущей, и возникающих в результате рассеяния оптических волн на неоднородностях среды. Оптический суммарный сигнал подается на фотоприемник 5, где преобразуется в электрический сигнал. С выхода фотоприемника электрический сигнал поступает на вход электронного блока 6, где осуществляется изме142 рение периода импульсного сигнала.

Проекция вектора скорости среды

U íà направление распространения зондирующего излучения К внутри резонатора определяется соотношением

М

U = ††-p

1к) где 1К} = - -,.

Формула изобретения

Способ измерения скорости, заключающийся в том, что формируют пучок когерентного оптического излучения, направляют его в открытый плоский двухзеркальный оптический резонатор

Сос тав и тель А. Тимофе ев

Техред Л.Олийнык Корректор Л,Патай

Редактор С. Пекарь

Заказ 51) 9/42 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г..ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемый способ измерения скорости может быть применен для изме.рения скорости сред, не содержащих светорассеивающих оптических неоднородностей.

9033 под отличным от прямого углом к направлению движения среды, перемещающийся относительно резонатора, выде5 ляют часть излучения источника наt правляемого в резонатор, выделяют пучок излучения после многократного перехода через резонатор, осуществляют оптическое смешение излучения источника и излучения, прошедшего резонатор, преобразуют оптический сигнал смешения в электрический, определяют доплеровский сдвиг частоты, по которому судят о скорости, о т л и ч а " ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, после каждого прохода резонатора дополнительно выделяют часть излучения, осуществляют оптическое смешение всех выде- . ляемых составляющих излучения, прошедшего резонатор, а доплеровский сдвиг частоты определяют по периоду следования импульсов электрического .сигнала, полученного в результате фора тоэлектрического преобразования,