Способ измерения модуля относительной скорости объекта

)5 0 01 Р 3/36 Н.)ЫЙ КОМИТЕТ ЯМ И ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕ ПО ИЗОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ ССС Оп ИЕ ОБ ТЕНИ К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВУ 2 особ иэ 2 чайфэи го 1 о А г 01(56) Авторское свидетельство СССР М 626413, кл. 6 01 Р 3/36, 1975.Авторское свидетельство СССР М 1483380, кл. 6 01 Р 3/36, 1987 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения скорости объектов, поверхность которых содержит оптические неоднородности, Цель изобретения - повышение информативности способа за счет дополнительной возможности измерения модуля скорости рассеивающих элементов относительно объекта при его произвольном поступательно-вращательном движении в пространстве. Участок поверхИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оптической диагностике движущихся обьектов, содержащих оптические неоднородности,Цель изобретения - повышение информативности эа счет дополнительной возможности измерения модуля скорости рассеивающих элементов относительно обьекта при произвольном движении обьекта в пространстве. На фиг.1 изображена векторная диа рамма рассеяния, поясняющая фиэическу сущность способа измерения; на фиг.2 Я 2 1670609 А ности произвольно движущегося объекта освещают иэ точки О когерентным излучением длиной волны А. Регистрацию рассеянного спекл-поля производят приемником, расположенным в точке Р. Измеряя и учитывая направления освещения и регистрации излучения г 0, г 0 и г, г, определяют в пятне излучения на поверхности объекта положения точек, соответствующих максимальному и минимальному оптическим путям от излучателя до приемника, и определяют направление линии 3, соединяющей эти точки, Опререляют углы между направлениями Ю гб, а такжег;" г иЮ где г - известное направление поступательной скорости обьекта в целом, Преобразуя оптический сигнал в электрический и проводя спектральный анализ электрического сигнала, определяют модуль скорости объекта из соотношения, приведенного в описании, 2 ил.М схема устройства, реализующего сп мерения,Способ измерения осуществляют следующим образом (см. фиг.1),Поверхность произвольно движущегося обьекта освещают когерентным излучением сдлиной волны А из точки О, для которой выполняется условие определяющее приближение волнового фронта к плоскому, Регистрируют динамическую спекл-структуру рассеянного обьвк 1670609том излучения в точке наблюдения Р, длякоторой выполняется условие б г зп гб 1,(2) определяющее соответствие дифракционной картины в точке наблюдения приближению дифракции Фраунгофера.Вектор 3 представляет собой линию наибольшей разности фаэ, проведенную в плоскости объекта, соответствующую распространению излучения от точки расположения источника О до приемника Р. Начало вектора о соответствует точке А в пятне излучения на поверхнорсти объекта, оптический путь через которую от источника до точки наблюдения (регистрации) ОАР минимален. Конец вектора б соответствует точке В, оптический путь через которую ОВР максимален, Векторы г, и г 0 определяют направления освещения точек А и В объекта, векторы г и г - направления приема излучения, рассеянного в точках А и В поверхности объекта. Иэображения обьекта на фиг.1 соответствуют различным фазам его движения: а - положение объекта в момент времени т; б - положение объекта в момент времени т + ТЯ - вектор скорости объекта ч - вектор скорости рассеивающих элементов относительно объекта.Амплитуда рассеянного спекл-попя в точке регистрации может быть представлена следующим образом: Ф= А Е (а) ахр 1 - У 1 го - а Е ,1.+ г - а+ Й 1)х (ехр р(а) хна (З) где Я - площадь рассеивающей области (пятна излучения);М - вектор, определяющий положение отдельного рассеивающего элемента б Яч- скорость движения рассеивающего объекта как ансамбля рассеивающих элементов;А - коэффициент, характеризующий индикатриссу рассеяния, зависящий от оптических свойств рассеивающих неоднородностей объекта в пятне излучения;Е (а) - распределение амплитуды освещаемого излучения в пятне;О (а) - функция, определяемая случайным характером распределения рассеивающих неоднородностей объекта по высотам;знакобозначает операцию усреднений по пятну излучения,При выполнении пространственных условий (1) и (2), а также б/г 0, б/г 1 частот ный энергетический спектр электрическогосигнала, полученного иэ регистрируемогосвекл-поля, принимает вид с(е 1 Р-./АЕ(а 3 е ( о -7 е - В 1 е х Р алл л лГ са лм -аХ- Чл ( С 05 1 Ф - С 05 Га Ъ 1О-Л-4а Е Х Р 1 - С (С 05 , 4 - СО 5 Е д 1СсЕКр 1(О- Е 1-ср(а -Ч.1) т 4 Еа С 3 Е 1)Э Е Х РЕл г с 3 лУчитывая условия: 10-л 2 к Лф .ал а40 - соз го б ) + - у - ч ( соз г л - соз го ) -полуширина информативного контура частотного спектра основания для пучка с равномерным распределением плотности 45 мощности по сечению и полуширина поуровню - для гауссового пучка.Проводя спектральный анализ электрического сигнала и определяя частоту Ь положения максимума частотного спектра, 50 значение модуля скорости рассеивающегообъекта определяют соотношения .ч= 1 м Л(соз"ггч - соз го"лл)(6) определяявеличину 10, значение модуля скорости рассеивающих элементов относительно объек-та определяют из соотношения ч = (Ь-р)Х Л(соз г "3-соз г 0"б) (7) Таким образом, измерение модуля скорости объекта и модуля скорости рассеива 2 л ,к аатакжето,чтофункция ехр ( - А - чг(ае гчА а- созго ч) ) обуславливает сдвиг максимума частотного спектра на величинующих элементов относительно объекта, пьи учете измеренных углов го ч, гч, го"о и г о возможно при произвольном движении объекта в пространстве, что расширяет область применения способа измерения скорости.Способ реализуется с помощью устрой 5 ства, изображенного на фиг,2.Излучение когерентного источника 1 через диафрагму 2 (при близком расположении обьекта для уменьшения рвсходимости 10 пучка целесообразно испольэовать коллиматор) освещает движущийся объект 3. Приемник 4 излучения установлен в точке наблюдения рассеянного спекл-поля. С помощью оптического отсчетного устройства и угломера (не показаны) определяют поло 15 жение линии наибольшей разности фаз О. связывающей точки А и В, соответствующие минимальному и максимальному расстояниям источник - объект - приемник, а также измеряют углы г д, го д, гч, го ч, Фотоприемник 4 преобразует оптический сигнал в электрический, который подается на вход спектроанализатора 5. С помощью анализатора 5 определяют частоту 1 м, соответствующую положению максимума частотного25 спектра, его полуширину 1 О и по отношениям (6) и (7) определяют модуль скорости рассеивающих элементов относительно объекта.Формула изобретения30Способ измерения модуля относительной скорости обьекта, заключающийся в том, что движущийся в известном направлении объект освещают когерентным излучением с длиной волны А, определяют в35 пятне излучения на объекте положение точки, оптический путь через которую от источника излучения до точки регистрации минимален, и точки, оптический путь через которую максимален, измеряют углы го"о и гб между направлением линии Ъ, соединяющей эти две точки, и направления освещеУ -Уния го и наблюдения г, оптические пути вдоль которых до пятна максимальны, регистрируют спекл-структуру рассеянного объектом излучения, преобразуют зарегистрированное излучение в электрический сигнал, проводят спектральный анализ электрического сигнала путем измерения ширины спектра Ьо, по результатам которого судят о величине модуля скорости, о т л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности способа за счет дополнительной возможности измерения модуля скорости рассеивающих элементов относительно объекта при произвольном движен и и о бье кта в пространстве, дополнительно измеряют углы г"Ф и г Ф между направлениями го, г и направлением скорости объекта ч, модуль скорости объекта определяют из соотношения ч - 1 Я(соэ -л ф -фл -1мг ч- соз го г 1, модуль скорости рассеивающих элементов относительно обьекта определяют иэ соотношения ч =(то - м)(соэ г о - соэ г,о), где 1, - полуширинэ контура частотного спектра по уровню основания для пучка с равномерным распределением плотности мощности по сечению, или полуширина по уровню - для гвуссового пуч-гка, а 1 м - частота, определяющая положение максимума частотного спектра,1670609Составитель А.Тимофеев Редактор Л.Веселовская Техред М,Моргентал Корректор М;Максимишинец Заказ 2748 Тираж 335 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбввивт "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101