Устройство для измерения скорости движения

(и 1 413892 Союз Соеетских Социалистических Республикприсоединением заявкиГосударстееиньа комитет Совета %министров СССР 32) Приорите Опубликовано 05.09.74. ллетень3(088.8) елам изобретем и отирытий Дата опубликования описания 17.02.7 72) Авторы изобретени Н, убнищев и Ю, Г. Василе Институт автоматики и электрометрии СибирскоАН СССР(71) Заяви тделения 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН РОСТИ НИЯ Известны устройства для измерения скорости, действие которых основано на выделении доплеровского сдвига частоты в свете, рассеянном объектом в направлении, обратном падающему пучку. В полосе частот полезного сигнала на выходе этих устройств имеется высокий уровень шумов, частотный спектр которых определяется лазерными шумами и свойствами рассеивающего объекта.Однако такие устройства имеют малое отношение сигнал/шум выходного сигнала.Для снижения уровня шумов в предлагаемом устройстве установлены два квадратицных фотоприемника, между фокусирующей системой и фотоприемниками последовательно размещены фазосдвигающие элементы и расщепитель обратного рассеянного пучка, например призма Волластона, совмещенный с расщепителем падающего пучка, Выходы фотоприемников подключены к электронному блоку измерения частоты через,дифференциальный усилитель.На фиг. 1 показана оптическая схема устройства; на фиг. 2, а, б - векторные диаграммы.Схема содержит последовательно расположенные источник 1 когерентного линейно-поляризованного света (лазер), фазовую четвертьволновую пластинку 2, объектив 3, расщепитель 4 обратного рассеянного пучка, например призму Волластона, совмещенный вфокальной плоскости объектива с расщепителем падающего пучка, объектив 5, образующий с объективом 3 телескопическую систему,5 и фокуспрующий объсктив 6. Между объективами помещены фазосдвигающие элементы 7,которые могут быть выполнены в виде: двухполуволновых пластин, одноименные осп которых ориентированы под углом 22,5 к плоско 10 сти поляризации соответствующих расщепленных пучков; четвертьволновых пластин, помещенных в оба расщепленных пучка; полуволновой пластины, помещенной на пути рассеянного пучка и ориентированной одной пз своик15 осей под углом 22,5 к плоскости голярпзацпиодного пз падающих пучков,Перед объективом 6 установлены диафрагмы 8 и 9 на пути расщепленных падающихпучков и полевая диафрагма 10, ограничиваю 20 щая обратный рассеянный пучок, Квадратичные фотоприемники 11 и 12 с линзами 13, 14и полевыми диафрагмами 15, 16 помещены соответственно на пути расщепленных призмой4 рассеянных пучков. Выходы фотоприемников25 подключены к электронному блоку 17 измерения частоты через дифференциальный усилитель 18.Луч лазера, имеющий после прохождениячетвертьволновой фазовой пластины и объек 30 тива 3 круговую поляризацию, попадает наполяризационную призму н расщепляется нз два пучка одинаковой интенсивности с взаимно ортогональными поляризациями. Расщепленные пучки ооъективом 5 преобразуются в параллельные и после прохождения фазосдвигающих элементов фокусируются объективом 6 на объект, скорость движения которого подлежит измерению, Рассеянный объектом в области пересечения падающих пучков свет собирается объективом 6, ограничивается диафрагмой 10 и объективом 5 направляется на поляризационную призму 4, где расщепляется на два пучка. Каждый из расщепленных рассеянных пучков линзами3 (14) через диафрагмы 15 (16) направляются на соответствующий квадратичный фотоприемник 11 (12),Если фазосдвигающие элементы 7 выполнены в виде двух полуволновых пластин, одноименные оси которых ориентированы под углом 22,5 к плоскости поляризации соответствующих расщепленных падающих пучков, или одной полуволновой пластины, помещенной на пути рассеянного пучка и ориентированной также, то падающий на поля риз ационную призму рассеянный пучок (фиг. 2) представляет две ортогональные поляризационные со+ .ставляющие, Е 1 и Еимеющие одинаковую интенсивность и повернутые относительно главных осей поляризационной призмы на угол 45, Следовательно, в один из расщепленных пучков Е, составляющие от соответствующих поляризаций падающего на призму рассеянного пучка входят в фазе, тогда как в другой пучок Е; - в противофазе, т, е.Ех - Е 1 х + Езх (1) Е=Е, - ЕгдеЕ,(ОЕ,х = Е, = - ехр у (со, + сод,) 1,Е, = Е, =: ( ) ехр у(о, + од,) ,Е (1)У 2где оо - частота падающего светового пучка;вд, и од, - доплеровские сдвиги частоты в рассеянном пучке;фд, - 1(К 8 К 1)- ) "4д, = У(Кз - К,),где- вектор скорости рассеивающего объекта в области пересечения падающих пучков;К и К 2 - волновые векторы соответствующих падающих пучков;-+К - волновой вектор выделенного рассеянного пучка.Световые пучки описываются здесь плоскими волнами Случаю, когда фазосдвпгающпс элементывыполнены в виде четвертьволновых пластин, помещенных в оба расщепленных падающих пучка, соответствует векторная диаграмма, 5 показанная на фиг. 2. Из нее следует, что длярасщепленных рассеянных пучков также справедливы соотноцеппя (1).Учитывая, что сигнал на выходе квадратич ного фотоприемника можно представить в виде1= з Еф, (2)где а - коэффициент, учитывающий чувствительность и усиление фотоприемника, полу чаем из выражений (1) и (2)Е 1Е 22 2+ Е, (1) Е,соз (Ь 1)201:аЕ Е а д 1 + 2Е 1 (Е) Е (8)- Е,Е,сов (Ьодг) эгде30д дд ф дг 1 (К 1 Кй)щРезультирующий сигнал на выходе дифференциального усилителя равен разности сигналов с первого и второго фотоприемников.Из формул (3) и (4) следуетЫ = 1, - 1, = 2 аЕ,Е, (8) соя (Ьсод 8), (5)Из сравнения выражения (5) с выражения ми (3) и (4) видно, что из результирующегосигнала исключены постоянная составляющая и аддитивные шумы.Предмет изобретения1. Устройство для измерения скорости движения, содержащее последовательно расположенные источник когерентного линейно-поля ризованного света, например лазер, расщепитель падающего пучка, фокусирующую оптическую систему, квадратичный фотоприемник с собирающим обратно рассеянное излучение объективом и электронный блок измерения ча стоты, отличающееся тем, что, с цельюснижения уровня шумов, параллельно первому фотоприемнику установлен второй фотоприемник, между фокусирующей системой и фотоприемниками последовательно размещены фа зосдвигающие элементы и расщепитель обратного рассеянного пучка, например призма Волластона, совмещенный с расщепителем падающего пучка, а выходы фотоприемников через дифференциальный усилитель подключе ны к электронному блоку измерения частоты..г оставитель С. Ющен Техред Г. Дворина Реда Т. Рыбало орректор Т, Гревцо акаа 236,1ЦНИИПИ Г М 256ственного кои елани изооретева Ж 35 Ратш Подпнсно)ов СССР Тираж 68тета Совета Мининий и открытийскан наб., д. 4 го по дМоск шография, ир. Сапунова, 2 2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что фазосдвигающие элементы выполнены в виде полуволновой пластины, установленной в каждом из двух падающих пучков под углом 22,5 к плоскости поляризации.3. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что фазосдвигающий элемент выполнен в виде полуволновой пластины, помещенной на пути рассеянного пучка под углом 22,5 к плоскости поляризации.4. Устройство по п, 1, отличающееся 5 тем, что фазосдвигающие элементы выполненыв виде четвертьволновых пластин, помещенных в оба расщепленных пучка.