Лазерный доплеровский измеритель скорости

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Лазерный доплеровский измеритель скорости, содержащий последовательно соединенные лазерный излучатель, светоделитель, выполненный с возможностью оптической связи с движущимся объектом, первый приемник излучения, вычислительный блок, отличающийся тем, что содержит первое и второе зеркала, оптически связанные с светоделителем, два спектральных селектора и второй приемник излучения, при этом в качестве лазерного излучателя использован полупроводниковый лазер, обеспечивающий одновременную генерацию излучения на двух различных оптических длинах волн, причем первый спектральный селектор оптически связан с светоделителем и вторым зеркалом, обеспечивающими направление к движущемуся объекту излучения двух различных оптических длин волн под разными углами, а второй спектральный селектор, пространственно разделяющий оптическое излучение лазера, отраженное от движущегося объекта и имеющее доплеровский сдвиг частоты, оптически связан с первым и вторым фотоприемниками, выходы которых соединены с вычислительным блоком. 10018 1 2007.12.30 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения рассеивающих оптическое излучение потоков жидкости и газов, а также параметров движения твердых и диффузно отражающих объектов. Известен лазерный доплеровский измеритель скорости 1, содержащий излучатель,приемник излучения, оптическую систему и блок обработки информации. Недостатком этого устройства является невысокая точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является лазерный доплеровский измеритель скорости 2, содержащий лазерный излучатель, светоделитель, оптическую систему, приемник излучения, вычислительный блок. Недостатком этого устройства является ограниченная точность измерений, обусловленная тем, что система позволяет определить точно только проекцию скорости движения объекта на горизонталь, а не точное значение скоростии угланаправления движения объекта. Задача изобретения - повышение точности измерения. Решение поставленной задачи позволит использовать предлагаемое изобретение для точного измерения одновременно скорости и направления движения воздушных масс, потоков жидкости и газа, а также для измерения параметров движения различных твердых и диффузно отражающих объектов с неизвестной скоростью и случайным направлением движения. Поставленная задача решается путем того, что в устройство 2, содержащее лазерный излучатель, оптическую систему, состоящую из светоделителя и зеркал, приемник излучения, вычислительный блок, введены два спектральных селектора и второй фотоприемник,в качестве источника излучения использован полупроводниковый лазер, обеспечивающий одновременную генерацию излучения на двух различных оптических длинах волн, а также осуществляются соответствующие функциональные связи между введенными блоками. Свойства, появляющиеся у заявляемого устройства следующие устройство позволяет одновременно измерять точное значение скорости и угла направления движения объекта, что повышает точностные характеристики измерителей параметров движения и расширяет функциональные возможности. Так как обе длины волны зондирующего излучения генерируются в одном лазере, повышается относительная стабильность оптических длин волн, а следовательно, и точность измерения скорости и угла направления движения объекта. Для обеспечения возможности одновременного определения точного значения скорости и угла направления движения объекта в качестве источника зондирующего излучения предлагается использовать двухволновой инжекционный полупроводниковый лазер 3,обеспечивающий одновременную генерацию излучения на двух различных оптических длинах волн. На фигуре представлена функциональная схема лазерного доплеровского измерителя скорости с использованием двухволнового лазера в качестве источника зондирующего излучения. Устройство содержит источник лазерного излучения 1, обеспечивающий одновременную генерацию излучения на двух различных оптических длинах волн, светоделитель 2, зеркала 3, первый и второй спектральные селекторы 4, 5, первый и второй приемники излучения 6, 7, вычислительный блок 8. Устройство работает следующим образом. Лазер 1 излучает оптическое излучение на длинах волн 1, 2. Оптическая система, состоящая из светоделителя 2, зеркал 3 и первого спектрального селектора 4, направляет к объекту опорный и измерительный лучи на длинах волн 1 и 2 под разными углами. Угол между опорным и измерительным лучами на длине волны 1 равен 1, а на длине волны 2 - 2. Оптическое излучение лазера, отраженное от движущегося объекта и имеющее доплеровский сдвиг частоты, попадает на второй спектральный селектор 5. В спектральных селекторах 4, 5 происходит пространственное разделение излучения на два пучка, в одном концентрируется излучение на длине волны 1,в другом - 2. С выходов блока 5 излучение на длине волны 1 попадает на первый фотоприемник 6, а на длине волны 2, на второй фотоприемник 7, сигналы, в вычислительный блок 8. 2 10018 1 2007.12.30 В результате фотогетеродинирования на приемниках 6 и 7 выделяются сигналы доплеровских частот 1 и 2, соответственно, на длинах волн 1 и 2, по значениям которых можно определить как угол наклонанаправления движения объекта, так и точное значение скоростидвижения. Аналогично 2 выражения для разностных доплеровских частот на длинах волн 1, 2 будут иметь вид. 2 Решая систему из двух уравнений (1), (2), получаем угол наклонанаправления движения объекта к горизонтали Зная , определяется точное значение скорости движения Описанный алгоритм определенияиреализуется в вычислительном блоке 8. Обе длины волны зондирующего излучения генерируются в одном лазере, что повышает относительную стабильность оптических длин волн, а так как отношение длин волн генерации входит в расчетную формулу, следовательно, повышается точность измерения скорости и угла направления движения объекта. Таким образом, использование в качестве источника зондирующего излучения в доплеровских измерителях скорости двухволнового полупроводникового лазера, обеспечивающего одновременную генерацию излучения на двух различных оптических длинах волн,позволяет одновременно определять точное значение скорости и угла направления движения объекта, что недостижимо в прототипе, а следовательно, повышает точностные характеристики измерителей параметров движения и расширяет их функциональные возможности. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3