Способ измерения скорости перемещения отражающей поверхности

(23) Приоритет Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытийОпубликовано ЗЮ 1182, Бюллетень М 44 Дата опубликования описания 30. 11.82 Л.Д.Воловец, Н,А.Златин, С.А.Леонтьев и Г.С.Цугачев(72) Авторы изобретения Ордена Ленина физико-технический институтим. А.Ф.Иоффе АН СССР(7 ) Заявитель 154) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОТРАЖАОцЕЙ ПОВЕРХНОСТИИзобретение относится к измеритель. ной технике и может быть использовано для изменения скоростей перемещения поверхностей твердых тел при воздействии на них ударных волн.Известен интер 4 ерометрический Способ измерения скорости перемещения поверхности, основанный на использовании эффекта Доплера. Способ заключается в направлении на движущийся объект луча света. от источника моно- хроматических когерентных колебаний 1 лазера ), сведении этого зондирующего луча с опорным лучом, содержащим, кроме основной частоты, дополнительную постоянную частоту, и последующей регистрации результата интерференции этих двух лучей 13.Основным недостатком известного способа является ограничение верхнего предела измеряемой скорости, связанное с ограниченными частотными возможностями регистрирующей аппаратуры.Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения скорости перемещения отражающей поверхности путем облучения исследуемой поверхности зондирующим лазерньпл пучком, совмещения зондирукщего пучка с опорным и регистрации результата их интерференции Г 23Недостатком способа является невозможность измерения скорости, превышающей некоторое предельное значение, так как при этом частота ьЕд достигнет предельного для регистрирующей аппаратуры значения Е Увеличение скорости выше чр приводит к полной потере информации о ней, поскольку сигнал с частотой выше Г уже не воспринимается регистрирующей аппаратурой, что вообще исключает возможность ее использования. Цель настоящего изобретения - поеыаение верхнего предела измере. ния скорости перемещения отражающей поверхности.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости перемещения отражающей поверхности путем облучения исследуемой поверхности зондирующим лазерным пучком, совмещения зондирующего пучка с опорным и регистрации результата их интерференции, в качестве зондирующего и опорного пучков используются лазерные пучки с продольными модами колебаний, при этомразность частот между соседними модами выбирается иэ соотношения2 Епргде Еп - предельная верхняя частоРрегистрируемая аппаратурой;дЕ - разность частот между соседними модами колебаний.На чертеже изображены спектры суммарного сигнала, про)орционального 10интенсивности света по предлагаемомуспособу измерения скорости перемещения свободной поверхности показанытолько низкочастотные и высокочастотные составляющие с постоянными 35частотами ).Выбор опорного и зондирующеголучей, содержащих продольные модыколебаний с частотами+и -О Ь20где- основная частота излученияолазера ,С - скорость света в оптическом резонаторе; 25- длина резонатора лазера,1, 2, 3,приводит к следующему,Все продольные моды с частотами- :Е +. -С С1 О 21, 2 о Ь30наряду с основнойчастотой Фо испытывают при отражении от движущейсяповерхности доплеровские сдвигипо частоте. Эти сдвиги практическиравны между собой в силу скорости,небольшой величины по сравнению соскоростью света и незначительно различающимися частотами продольныхмод колебаний, 40После сведения зондирующего и опорного лучей происходит сложение недвух, а многих электромагнитных колебаний с амплитудамиО Е 1 2"45и близкими частотамиоЕо д д 11 А 2 2 Аи на вход регистрирующей аппаратурыпоступает сигнал, пропорциональный 50суммарной интенсивности света. Спектрэтого сигнала в общем виде довольносложный. На чертеже он показан длятрех мод с амплитудами, равнымиединице (в относительных единицах ) и .55частотамиС С о иЕо Ео+ ,Из этого спектра аппаратурой регист 60рируются только те частоты которыележат левее от Гп (обозначена начертеже пунктирной линией ), т.е. взоне регистрации, Но теперь, кромепостоянной составляющей и низкочас тотной переменной составляющей д), в спектре суммарного сигнала появляются низкочастотные составляющие с постоянными частотамидГ, дЕгде-о Я- ддг /Ео 2/ и низкочастотные составляющие с переменными частотамиГ 1 д1 д2 д2 дВсе переменные составляющие на чертеже показаны светлыми линиями, а постоянные - темными.В верхней части чертежа приведен случай, когда.дЕдЕпр.При этом регистрирующая аппаратура с верхним частотным пределомвыделяет иэ всего спектра только постоянную составляющую и сигнал с частотой дЕ . Далее, при Е аЕ сЕ дЕ 1 цижняя часть чертежа ) сигнал с часпр А пр тотой дЕперестает восприниматься регистрирующей аппаратурой, но при этом в зону регистрации попадает сигнал с частотой/дЕ -дЕ /. Причем последняя при возрастании частоты дХ уменьшается (показано стрелками ), доходит до нуля при Ы-ЬЕ и снова начинает увеличиваться, пока дЕ, не достигнет значения Ер+де, При возрастаниидЕ)ЮпрдЕчастота/дЕ 1-дЕд/ перестает восприниматься аппаратурой, но при этом в зону регистрации попадает составляющая с частотой/дЕ 2-дЕ / и т.д. Последовательно регистрируяэти частоты аппаратурой, настроенной на Е =1/ЯдЕ, можно повысить пределпризмерения скорости перемещения поверхности в 3, 5,2+ раэ. Если же учесть, чтофпродольные моды располагаются симметрично относительно основной, получается увеличение в 5, 9, , 4 ., раэ, т,е. теоретически предел отсутствует.Использование предлагаемого способа измерения скорости перемещения отражающей пбверхности обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: практическое увеличение верхнего "предела-.измерения скорости перемещения отражающей поверхности не менее чем на порядок; возможность использования при измерении в качестве регистрирующей аппаратуры серийно выпускаемых, относительно недорогих приборов с ограниченным сверху частотным диапазоном, но имеющихкак правило высокую чувствительность и надежность; возможность использования выпускаемых промышленнос-; тью газовых лазеров малой (не более