RU2458352C2 - Детектор и способ определения скорости - Google Patents
Детектор и способ определения скорости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2458352C2 RU2458352C2 RU2009110888/28A RU2009110888A RU2458352C2 RU 2458352 C2 RU2458352 C2 RU 2458352C2 RU 2009110888/28 A RU2009110888/28 A RU 2009110888/28A RU 2009110888 A RU2009110888 A RU 2009110888A RU 2458352 C2 RU2458352 C2 RU 2458352C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- optical mask
- moving object
- speed
- beams
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
- G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/18—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
- G01P5/20—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance using particles entrained by a fluid stream
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для измерения скорости и направления движущегося объекта. Устройство содержит источник когерентного света, выполненный с возможностью генерации пары падающих пучков когерентного света, при этом один пучок поляризуют относительно другого пучка и сводят их в точку, оптическую систему формирования изображения, выполненную с возможностью приема света, отражаемого от движущегося объекта, пересекающего пару падающих пучков, и фокусировки отражаемого света в увеличенное изображение, которое проецируют через оптическую маску, а также детектор света, выполненный с возможностью приема светового сигнала, проходящего через оптическую маску. Маска имеет первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения. Скорость и направление движущегося объекта вычисляются как функции частоты импульсов и разнесения непрозрачных участков оптической маски. Изобретение позволяет упростить определение скорости и направления. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к детектору скорости, предназначенному для измерения скорости и направления объекта.
Предпосылки создания изобретения
Из предшествующего уровня техники известны несколько средств и способов для обнаружения скорости объекта. В одном таком способе осуществляют проецирование света с широкополосным спектром, отражающимся от шероховатой освещаемой движущейся поверхности, на маску, отпечатанную в виде регулярно расположенных непрозрачных линий. Маска наблюдается средством обнаружения. Каждый квант отраженного сигнала имеет свою собственную фазу в сравнении с произвольным опорным сигналом, и проекционная линза эффективно суммирует эти кванты в единственный сигнал, при этом полная фаза и частота связаны со скоростью поверхности. Пример этого может быть найден в Datasheet, ASCOspeed Velocity Sensors, MicroEpsilon GMBH, Lessingtrasse 14 01465 Dresden Langebruck, Germany и предшествующих системах. Хотя этим способом получают сигнал скорости, точность обусловлена сглаживанием сигнала, поскольку происходят изменения частоты, которые зависят от шероховатости поверхности, а не только от скорости поверхности. Кроме того, этим способом невозможно осуществлять измерение направления.
Кроме того, в предшествующем уровне техники в способе, известном как лазерное доплеровское измерение скорости, используют свойство когерентности лазерного света для фокусировки двух пересекающихся лазерных пучков с идентичной поляризацией в единственной опорной точке, тем самым создавая линейные и регулярно расположенные интерференционные полосы в пределах заданного измерительного объема. Объект, пересекающий измерительный объем, отражает падающий свет от полос в обратную сторону к детектору через линзовую систему. Частота сигнала связана с разнесением полос и скоростью объекта. Пример этого может быть найден в «Laser Doppler Anemometry», Pike E.R. The Engineering uses of Coherent Optics, Academic Press 1976. В случае точной геометрии лазерного пучка расположение полос является исключительно регулярным, что позволяет осуществлять точные измерения скорости. Однако невозможно определять направление перемещения, поскольку частотный сигнал является одинаковым для перемещений слева направо или справа налево. Также невозможно осуществлять определение, если путь объекта является точно ортогональным к полосам, условие, при котором образуются очень высокие частоты. В случае перемещения под углом к полосам частота будет ниже теоретического максимума благодаря умножению на косинус угла перемещения.
Сложные оптоэлектронные средства, например ячейки Брэгга, используют в системах лазерного доплеровского измерения скорости для модуляции частоты одного из двух лазерных пучков, тем самым изменяя разнесение полос на частоте модуляции. Можно определять направление слева направо или справа налево путем математической интерпретации отраженного сигнала. Этот и аналогичные способы являются сложными, дорогими и не очень конструктивно компактными, часто требующими высоких напряжений и создающими зашумленный отраженный сигнал, вследствие чего снижается точность измерений.
Для измерения скорости по осям Х и Y необходимо создавать две картины ортогональных полос и накладывать их в одном и том же измерительном объеме. Для различения по каждой оси используют различные длины волн лазеров для каждой оси, и при этом отраженный сигнал должен расщепляться и фильтроваться на каждой длине волны лазеров и затем обнаруживаться. Для измерения скорости по оси Z необходимо создавать интерферометрическую систему или дополнительно использовать блок лазерного доплеровского измерения скорости в одной плоскости с отличной длиной волны лазера, установленный на фокус измерительного объема, точно относительно объема двух плоскостей, но под заданным углом, благодаря чему обеспечивается измерение составляющей скорости по оси Z. В случае небольшого измерительного объема, возможно всего 100 мкм в диаметре, и большого рабочего расстояния, возможно больше 1 м, потребуется предельная точность.
Создание единого узла, который содержит все средства для генерации лазерного пучка на трех различных длинах волн с точным единственным измерительным объемом и при этом имеет систему модуляции (Брэгга) одного из лазерных пучков наряду с модулирующей электроникой, источниками питания высокого напряжения, тремя оптическими приемниками для различных длин волн и тремя системами обнаружения, является трудной и дорогостоящей инженерной задачей.
Сущность изобретения
Согласно первому объекту настоящего изобретения предложен способ определения скорости и направления движущегося объекта, содержащий этапы, на которых генерируют падающий пучок когерентного света; принимают отраженный свет, отражаемый от движущегося объекта, пересекающего падающий световой пучок, и формируют из отраженного света увеличенное изображение движущегося объекта; проецируют увеличенное изображение через первую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения; обнаруживают световой сигнал, проходящий через оптическую маску, при этом световой сигнал содержит серию импульсов, и вычисляют скорость и направление движущегося объекта как функцию частоты сигнала и первого и второго разнесений непрозрачных участков.
Увеличенное изображение может быть дополнительно спроецировано через вторую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения, при этом вторую оптическую маску поворачивают по существу на 90° относительно первой оптической маски, и при этом световой сигнал, проходящий через вторую оптическую маску, дополнительно обнаруживают, на основании чего вычисляют скорость и составляющую направления движущегося объекта относительно каждой из первой и второй оптических масок.
Увеличенное изображение может быть дополнительно введено в интерферометр, выполненный с возможностью определения скорости движущегося объекта по направлению к интерферометру. Часть падающего светового пучка может быть дополнительно введена в интерферометр в качестве опорного сигнала.
Падающий световой пучок может содержать пару пучков когерентного света, при этом один пучок поляризуют относительно другого пучка, при этом пару пучков заставляют сходиться в точке, через которую проходит движущийся объект.
Предпочтительно, чтобы первая и вторая области этой или каждой объектной маски содержали картину из равномерно разнесенных линий, и предпочтительно, чтобы когерентный свет содержал лазерный свет.
Принимаемый отраженный свет может быть пропущен через фильтр, имеющий ширину полосы частот, охватывающую частоту когерентного света.
Согласно второму объекту настоящего изобретения предложено устройство для определения скорости и направления движущегося объекта, и это устройство содержит источник когерентного света, выполненный с возможностью генерации падающего пучка когерентного света; оптическую систему формирования изображения, выполненную с возможностью приема света, отражаемого от движущегося объекта, пересекающего падающий пучок, и фокусировки отражаемого света в увеличенное изображение движущегося изображения; первую оптическую маску, через которую увеличенное изображение проецируется, при этом маска имеет первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения; первый детектор света, выполненный с возможностью приема светового сигнала, проходящего через оптическую маску, при этом световой сигнал содержит серию импульсов, и вычисления скорости и направления движущегося объекта как функции частоты импульсов и разнесения непрозрачных участков оптической маски.
Устройство может дополнительно содержать расщепитель пучка, выполненный с возможностью расщепления увеличенного изображения на первое и второе изображения, при этом первое изображение проецируется через первую оптическую маску; вторую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения, при этом вторая оптическая маска повернута по существу на 90° относительно первой оптической маски; и второй детектор света, выполненный с возможностью приема дополнительного светового сигнала, проходящего через вторую оптическую маску, и вычисления скорости и составляющей направления движущегося объекта относительно второй оптической маски.
Устройство может дополнительно содержать интерферометр, выполненный с возможностью приема увеличенного напряжения и определения скорости движущегося объекта по направлению к интерферометру. Часть падающего светового пучка может дополнительно вводиться в интерферометр в качестве опорного сигнала.
Источник когерентного света может быть выполнен с возможностью генерации первого и второго падающих световых пучков, при этом указанные первый и второй падающие световые пучки являются поляризованными относительно друг друга, и при этом устройство дополнительно содержит первый линзовый узел для сведения первого и второго падающих световых пучков.
Предпочтительно, чтобы первая и вторая области этой или каждой оптической маски содержали картину из равномерно разнесенных линий. Дополнительно или как вариант источник когерентного света может содержать лазер.
Краткое описание чертежей
Теперь только для наглядного варианта осуществление настоящего изобретения будет описано с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:
фиг.1 - схематическое представление детектора скорости согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - схематическое представление трехосевого детектора скорости согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - пример сдвоенной частотной маски для плоскости X или Y детектора скорости из фиг.1; и
фиг.4 - схематическое представление интерферометрического узла, используемого для измерения скорости по направлению Z.
Описание изобретения
На фиг.1 схематически показан детектор скорости согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Внутри корпуса (Е) находится источник (L) когерентного света, в предпочтительных вариантах осуществления представляющий собой лазерный источник света, который генерирует световой пучок (В). Сформированный световой пучок проходит через передающий линзовый узел (Tx), который фокусирует пучок в опорную точку (MV) вне корпуса. Первый приемный линзовый узел (Rx), имеющий общую точку фокусировки с передающим линзовым узлом, принимает свет, отражаемый от опорной точки и, следовательно, от любого объекта, проходящего через опорную точку, и пропускает отраженный свет через фильтрующий узел (F) к дополнительному приемному линзовому узлу (R). Фильтрующий узел пропускает свет только с длиной волны источника (L) когерентного света, тем самым блокируя любой нежелательный принимаемый свет с другими длинами волн. Дополнительный приемный линзовый узел фокусирует принимаемый когерентный свет на увеличивающий узел (MG), вследствие чего формируется сфокусированное и увеличенное изображение опорной точки (MV). Увеличенное изображение проецируется через маскирующий элемент (М), который наблюдается детектором (D) света. Маска включает в себя по существу прозрачную подложку, например стеклянную, на которой сформирована по существу непрозрачная картина способами, например, травления или печати.
На фиг.3 показан пример масочной картины, пригодной для использования с вариантами осуществления настоящего изобретения. Одна половина маски имеет более широко расположенные линии, чем другая половина, так что изображение, перемещающееся поперек маски слева направо, создает низкочастотный сигнал и затем сигнал более высокой частоты. В случае изображения, перемещающегося справа налево, сигнал более высокой частоты предшествует низкочастотному сигналу. Эти две частоты позволяют определять направление изображения. Формируемые частоты связаны фиксированным соотношением друг с другом и образуют сигналы, пропорциональные скорости изображения.
Устройство, схематически показанное на фиг.1, позволяет определять скорость и направление объекта, перемещающегося через опорную точку (MV), по единственной оси, перпендикулярной к оси устройства, при этом ориентация единственной оси определяется ориентацией маскирующего элемента (М). В дальнейшем варианте осуществления двухосевой детектор может быть реализован путем включения в устройство расщепителя оптического пучка, так что увеличенное изображение, выходящее из увеличивающего узла, расщепляется на два световых пучка, и каждый пучок направляется на соответствующий маскирующий элемент и связанный с ним детектор. Предпочтительно, чтобы все маскирующие элементы были идентичными, но повернутыми на 90° относительно друг друга, что позволяет осуществлять измерение скорости и направления по двум взаимно перпендикулярным осям.
Поскольку вероятно использование изобретения для измерения пролета очень мелких частиц, вероятно, с диаметром 1 мкм или меньше, и эти диаметры могут быть близкими к длине волны лазера, форма частицы в ряде случаев будет оказывать влияние на свет, рассеиваемый на ней, особенно когда свет, освещающий частицу, является линейно поляризованным, таким как лазерный свет. Если используются два лазерных пучка, сфокусированных на одну точку и пересекающихся в одной точке, но при этом один пучок имеет поляризацию, измененную на 90°, то влияние нерегулярности частиц существенно уменьшается, и при различных поляризациях подавляется формирование нежелательных интерференционных полос в пределах измерительного объема. Кроме того, облегчается задача расположения измерительного объема в свободном пространстве, поскольку два пучка разделяются на расстоянии от объема, но будут единственным круговым пятном в измерительном объеме. Вариант осуществления настоящего изобретения, имеющий эту схему, показан на фиг.2.
Аналогично устройству, показанному на фиг.1, детектор, показанный на фиг.2, содержит корпус (Е) и лазерный источник (L) света. Первый расщепитель (BS1) пучка расщепляет лазерный пучок на два параллельных пучка (В1, В2), которые фокусируются на опорную точку (MV) на приемной оси и пересекаются в ней, при этом второй пучок проходит через поляризационный элемент (Р) для изменения поляризации на 90°, оба пучка выходят из общей передающей и приемной линзы (TXRX) для обеспечения общей точки фокусировки. Свет, отражаемый от объекта в опорной точке (MV), принимается приемным линзовым узлом (R), перед которым находится интерференционный фильтр (F) на длине волны лазера для блокирования нежелательного света другими длинами волн. Увеличивающий узел (М) принимает свет от приемного линзового узла и выводит сфокусированное и увеличенное изображение опорной точки (MV). Изображение пропускается через второй расщепитель (BS2) пучка для отклонения некоторой части принимаемого изображения к оси Z интерферометрического узла, описанного более подробно ниже, и затем через третий расщепитель (BS3) пучка для формирования изображений по осям X и Y, за которым следуют маскирующие элементы (MX) и (MY) для осей X и Y, наблюдаемые детекторами (D1) и (D2) непосредственно или через дополнительные волоконно-оптические световодные узлы (F1) и (F2), так что детекторы и связанная с ними электроника могут быть установлены на удалении от оптического узла детектора скорости. Кроме того, лазерный узел (L) также может быть установлен на удалении от оптического узла детектора скорости и соединен с ним посредством волоконно-оптической линии.
Наличие первого и второго маскирующих элементов (MX, MY) позволяет определять скорость и направление движущегося объекта по перпендикулярным осям X и Y. Для выполнения соответствующих измерений по оси Z, то есть по направлению приемной оси, в состав включен упомянутый интерферометрический узел. Подходящий интерферометрический узел схематически показан на фиг.4. Интерферометрический узел имеет два входных источника света. Первый получается из второго лазерного пучка В2, отведенного от лазерного источника (L) через первый расщепитель BS1 пучка, путем использования стеклянной пластинки (AFR) с просветляющим покрытием, установленной под углом ко второму пучку В2. Она отводит около 0,25% энергии из второго пучка В2 и направляет свет через первую призму PR1 к одной половине первой линзы LS1. Он представляет собой опорный сигнал для интерферометра. Второй источник света получается от второго расщепителя BS2 пучка (фиг.2), и свет направляется через вторую призму PR2 к другой половине первой линзы LS1. Он будет принимаемым сигналом из измерительного объема MV. Затем свет обоих источников направляется первой линзой LS1 ко второй линзе LS2, комбинация которых уменьшает расстояние между двумя источниками и восстанавливает их в качестве источников параллельного света. Эти сигналы затем пропускаются к сдвоенной щели SL1, формирующей пересекающиеся волновые фронты, поскольку энергия, проходящая через щели, интерферирует. После этого сигналы волновых фронтов направляются третьей линзой LS3 к дополнительному сдвоенному волоконно-оптическому кабельному узлу F3 и затем на два электронных детектора. Разнесение щелей в сдвоенной щели SL1 связано с длиной волны лазера, и создается уникальная картина сигналов, поскольку фаза двух входных сигналов изменяется относительно друг друга, что вызвано освещенным объектом, перемещающимся по направлению Z в пределах измерительного объема MV. Эта уникальная картина может быть обработана для получения направления объекта, а скорость изменения волнового фронта, когда он проходит через щели, может быть обработана для получения скорости объекта.
В трехосевом детекторе, показанном на фиг.4, для представления полностью однородного волнового фронта интерферометрическому устройству важно, чтобы световой сигнал, выходящий из увеличивающего узла (М), не формировал когерентного изображения на втором расщепителе (BS2). Протяженный криволинейный оптический путь в оптическом блоке (ОВ) используется для создания изображения и представления его к маскам (MX) и (MY).
Кроме того, для поддержания точности измерений важно, чтобы взятый в целом приемный узел (TXRX, F, R, M, BS2, OB, BS3) формировал высококачественное, геометрически не искаженное изображение на длине волны лазера и чтобы маски (MX) и (MY) были подобными, с высокой геометрической точностью. Увеличивающий узел (М) регулируют для представления сфокусированного изображения объекта на отпечатанные поверхности масок (MX) и (MY) с соблюдением надлежащего размера изображения.
В настоящем изобретении исключена большая часть сложностей, связанных с системами лазерного доплеровского измерения скорости с несколькими пучками в нескольких плоскостях, и поэтому при высокой точности значительно снижается стоимость. В наиболее сложной форме оно обеспечивает измерение скорости по трем осям из единственного корпуса. Однако также можно создавать блоки для двух плоскостей (X и Y (X или Y) и Z) и для одной плоскости (X, Y или Z).
Использование источника когерентного света позволяет создавать точный измерительный объем, поскольку характеристиками пространственной и временной когерентности такого света, и в частности лазерного света, гарантируется заданный диаметр фокусировки и протяженность измерительного объема. Кроме того, поскольку система формирования изображения осуществляет фокусировку точно в измерительный объем, единственный световой пучок может использоваться даже при измерениях по нескольким осям, что очень выгодно по сравнению со сложностью и стоимостью системы лазерного доплеровского измерения скорости с шестью лазерными пучками согласно предшествующему уровню техники. Соответственно измерительный объем будет определяться взаимодействием двух оптических систем.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения обе траектории лазерных пучков находятся вне поля зрения приемной оптики, за исключением измерительного объема. Это является предпочтительным, когда производится поиск очень небольших частиц, поскольку чувствительность детектора должна быть обязательно очень высокой. Если световой пучок пересекает поле зрения приемника, случайные частицы, пересекающие любой пучок на расстоянии от фокуса, могут создавать шумовой сигнал, который может отклоняться на детекторы, что порождает паразитные сигналы.
Для осей X и Y точность измерений детектора скорости определяется только геометрической точностью приемной оптики и линейностью картин, отпечатанных на масках. Точность 0,1% или выше можно получать, используя известные способы осаждения и изготовления. Для оси Z точность определяется главным образом стабильностью длины волны лазера, которая может быть очень высокой.
Claims (13)
1. Способ определения скорости и направления движущегося объекта диаметром 1 мкм или менее, содержащий этапы, на которых:
генерируют пару падающих пучков когерентного света, при этом один пучок поляризуют относительно другого пучка, причем пару пучков заставляют сходиться в точке;
принимают свет, отраженный от движущегося объекта, пересекающего пару падающих пучков света в точке, в которой пучки сходятся, и формируют из отраженного света увеличенное изображение движущегося объекта;
проецируют увеличенное изображение через первую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения;
обнаруживают световой сигнал, проходящий через оптическую маску, при этом световой сигнал содержит серию импульсов, и вычисляют скорость и направление движущегося объекта как функцию частоты сигнала и первого и второго разнесений непрозрачных участков.
генерируют пару падающих пучков когерентного света, при этом один пучок поляризуют относительно другого пучка, причем пару пучков заставляют сходиться в точке;
принимают свет, отраженный от движущегося объекта, пересекающего пару падающих пучков света в точке, в которой пучки сходятся, и формируют из отраженного света увеличенное изображение движущегося объекта;
проецируют увеличенное изображение через первую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения;
обнаруживают световой сигнал, проходящий через оптическую маску, при этом световой сигнал содержит серию импульсов, и вычисляют скорость и направление движущегося объекта как функцию частоты сигнала и первого и второго разнесений непрозрачных участков.
2. Способ по п.1, в котором увеличенное изображение дополнительно проецируют через вторую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения, при этом вторую оптическую маску поворачивают, по существу, на 90° относительно первой оптической маски, и при этом световой сигнал, проходящий через вторую оптическую маску, дополнительно обнаруживают, на основании чего вычисляют скорость и составляющую направления движущегося объекта относительно каждой из первой и второй оптических масок.
3. Способ по п.1, в котором увеличенное изображение дополнительно вводят в интерферометр, выполненный с возможностью определения скорости движущегося объекта по направлению к интерферометру.
4. Способ по п.3, в котором часть падающего светового пучка дополнительно вводят в интерферометр в качестве опорного сигнала.
5. Способ по п.1, в котором первая и вторая области этой или каждой объектной маски содержат картину из равномерно разнесенных линий.
6. Способ по п.1, в котором когерентный свет представляет собой лазерный свет.
7. Способ по п.1, в котором принимаемый отраженный свет пропускают через фильтр, имеющий ширину полосы частот, охватывающую частоту когерентного света.
8. Устройство для определения скорости и направления движущегося объекта диаметром 1 мкм или менее, содержащее:
источник когерентного света, выполненный с возможностью генерации пары падающих пучков когерентного света, причем один пучок поляризован относительно другого пучка;
первый линзовый узел для сведения первого и второго световых пучков в точку,
оптическую систему формирования изображения, выполненную с возможностью приема света, отраженного от движущегося объекта, пересекающего пару падающих пучков в точке, в которой сходятся пучки, и фокусировки отраженного света в увеличенное изображение движущегося изображения;
первую оптическую маску, через которую увеличенное изображение проецируется, при этом маска имеет первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения;
первый детектор света, выполненный с возможностью приема светового сигнала, проходящего через оптическую маску, при этом световой сигнал содержит серию импульсов, и вычисления скорости и направления движущегося объекта как функции частоты импульсов и разнесения непрозрачных участков оптической маски.
источник когерентного света, выполненный с возможностью генерации пары падающих пучков когерентного света, причем один пучок поляризован относительно другого пучка;
первый линзовый узел для сведения первого и второго световых пучков в точку,
оптическую систему формирования изображения, выполненную с возможностью приема света, отраженного от движущегося объекта, пересекающего пару падающих пучков в точке, в которой сходятся пучки, и фокусировки отраженного света в увеличенное изображение движущегося изображения;
первую оптическую маску, через которую увеличенное изображение проецируется, при этом маска имеет первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения;
первый детектор света, выполненный с возможностью приема светового сигнала, проходящего через оптическую маску, при этом световой сигнал содержит серию импульсов, и вычисления скорости и направления движущегося объекта как функции частоты импульсов и разнесения непрозрачных участков оптической маски.
9. Устройство по п.8, дополнительно содержащее:
расщепитель пучка, выполненный с возможностью расщепления увеличенного изображения на первое и второе изображения, при этом первое изображение проецируется через первую оптическую маску;
вторую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения, при этом вторая оптическая маска повернута, по существу, на 90° относительно первой оптической маски; и
второй детектор света, выполненный с возможностью приема дополнительного светового сигнала, проходящего через вторую оптическую маску, и вычисления скорости и составляющей направления движущегося объекта относительно второй оптической маски.
расщепитель пучка, выполненный с возможностью расщепления увеличенного изображения на первое и второе изображения, при этом первое изображение проецируется через первую оптическую маску;
вторую оптическую маску, имеющую первую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих первое разнесение, и вторую область из чередующихся непрозрачных и прозрачных участков, имеющих второе разнесение, отличное от первого разнесения, при этом вторая оптическая маска повернута, по существу, на 90° относительно первой оптической маски; и
второй детектор света, выполненный с возможностью приема дополнительного светового сигнала, проходящего через вторую оптическую маску, и вычисления скорости и составляющей направления движущегося объекта относительно второй оптической маски.
10. Устройство по п.8, дополнительно содержащее интерферометр, выполненный с возможностью приема увеличенного изображения и определения скорости движущегося объекта по направлению к интерферометру.
11. Устройство по п.10, в котором часть падающих световых пучков дополнительно вводится в интерферометр в качестве опорного сигнала.
12. Устройство по п.8, в котором первая и вторая области этой или каждой оптической маски содержат картину из равномерно разнесенных линий.
13. Устройство по п.8, в котором источник когерентного света представляет собой лазер.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB0616837.1A GB0616837D0 (en) | 2006-08-25 | 2006-08-25 | Velocity detector |
| GB0616837.1 | 2006-08-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009110888A RU2009110888A (ru) | 2010-09-27 |
| RU2458352C2 true RU2458352C2 (ru) | 2012-08-10 |
Family
ID=37102810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009110888/28A RU2458352C2 (ru) | 2006-08-25 | 2007-08-24 | Детектор и способ определения скорости |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8195421B2 (ru) |
| EP (1) | EP2062057B1 (ru) |
| CN (1) | CN101506661B (ru) |
| AT (1) | ATE529753T1 (ru) |
| CA (1) | CA2661555C (ru) |
| DK (1) | DK2062057T3 (ru) |
| GB (1) | GB0616837D0 (ru) |
| PL (1) | PL2062057T3 (ru) |
| RU (1) | RU2458352C2 (ru) |
| WO (1) | WO2008023185A2 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100294660A1 (en) * | 2009-03-13 | 2010-11-25 | Tyson Bioresearch, Inc. | Glucose Testing Device And Strips For Same |
| CN104977590A (zh) * | 2014-04-01 | 2015-10-14 | 光宝科技股份有限公司 | 光学装置及其检测周围环境的方法 |
| TWI518329B (zh) * | 2014-12-02 | 2016-01-21 | 財團法人工業技術研究院 | 光學式測風系統 |
| CN108594257B (zh) * | 2018-07-02 | 2024-04-02 | 哈工科讯(沈阳)工业技术研究院有限公司 | 基于多普勒效应的测速传感器及其标定方法与测量方法 |
| JP7636401B2 (ja) * | 2019-09-20 | 2025-02-26 | ノードソン コーポレーション | レーザー干渉法システムおよび方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990005310A2 (en) * | 1988-11-11 | 1990-05-17 | Public Health Laboratory Service Board | Optical determination of velocity |
| SU1652919A1 (ru) * | 1989-01-16 | 1991-05-30 | Московский энергетический институт | Лазерный доплеровский анемометр |
| US5268739A (en) * | 1990-12-04 | 1993-12-07 | Cise S.P.A. | Laser apparatus for measuring the velocity of a fluid |
| US5608522A (en) * | 1993-09-29 | 1997-03-04 | Sextant Avionique | Laser velocimetric and clinometric probe |
| US5641972A (en) * | 1994-01-13 | 1997-06-24 | Sextant Avionique | Method and a sensor for measuring the content of water in the liquid state in a moving gas |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4142532B2 (ja) * | 2003-09-02 | 2008-09-03 | シャープ株式会社 | 光学式速度計、変位情報測定装置および搬送処理装置 |
| JP4093971B2 (ja) * | 2004-02-12 | 2008-06-04 | シャープ株式会社 | 光学式移動情報検出装置および移動情報検出システムおよび電子機器およびエンコーダ |
-
2006
- 2006-08-25 GB GBGB0616837.1A patent/GB0616837D0/en not_active Ceased
-
2007
- 2007-08-24 US US12/438,916 patent/US8195421B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-08-24 EP EP07789314A patent/EP2062057B1/en not_active Not-in-force
- 2007-08-24 WO PCT/GB2007/003227 patent/WO2008023185A2/en not_active Ceased
- 2007-08-24 PL PL07789314T patent/PL2062057T3/pl unknown
- 2007-08-24 DK DK07789314.7T patent/DK2062057T3/da active
- 2007-08-24 RU RU2009110888/28A patent/RU2458352C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-08-24 CN CN2007800316021A patent/CN101506661B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-08-24 CA CA2661555A patent/CA2661555C/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-08-24 AT AT07789314T patent/ATE529753T1/de active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990005310A2 (en) * | 1988-11-11 | 1990-05-17 | Public Health Laboratory Service Board | Optical determination of velocity |
| SU1652919A1 (ru) * | 1989-01-16 | 1991-05-30 | Московский энергетический институт | Лазерный доплеровский анемометр |
| US5268739A (en) * | 1990-12-04 | 1993-12-07 | Cise S.P.A. | Laser apparatus for measuring the velocity of a fluid |
| US5608522A (en) * | 1993-09-29 | 1997-03-04 | Sextant Avionique | Laser velocimetric and clinometric probe |
| US5641972A (en) * | 1994-01-13 | 1997-06-24 | Sextant Avionique | Method and a sensor for measuring the content of water in the liquid state in a moving gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2661555C (en) | 2012-04-03 |
| US8195421B2 (en) | 2012-06-05 |
| EP2062057A2 (en) | 2009-05-27 |
| WO2008023185A3 (en) | 2008-04-24 |
| RU2009110888A (ru) | 2010-09-27 |
| GB0616837D0 (en) | 2006-10-04 |
| ATE529753T1 (de) | 2011-11-15 |
| DK2062057T3 (da) | 2012-02-13 |
| CN101506661B (zh) | 2012-06-13 |
| CN101506661A (zh) | 2009-08-12 |
| CA2661555A1 (en) | 2008-02-28 |
| US20100017166A1 (en) | 2010-01-21 |
| PL2062057T3 (pl) | 2012-04-30 |
| EP2062057B1 (en) | 2011-10-19 |
| WO2008023185A2 (en) | 2008-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4470696A (en) | Laser doppler velocimeter | |
| US9285385B2 (en) | Vector velocimeter | |
| JP7233536B2 (ja) | 各々入力光フィールドの入力位相及び／又は入力振幅を測定する方法、干渉計及び信号処理装置 | |
| US7196780B2 (en) | Velocimeter, displacement meter, vibrometer and electronic device | |
| CN105333815B (zh) | 一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统 | |
| US4512661A (en) | Dual differential interferometer | |
| US20100188669A1 (en) | Laser beam centering and pointing system | |
| RU2458352C2 (ru) | Детектор и способ определения скорости | |
| US12216051B2 (en) | Dynamic phase-shift interferometer utilizing a synchronous optical frequency-shift | |
| CN106680831B (zh) | 激光主动相干平衡探测偏振分析仪 | |
| EP0342016B1 (en) | Optical position measurement | |
| US6897961B2 (en) | Heterodyne lateral grating interferometric encoder | |
| JP2732849B2 (ja) | 干渉測長器 | |
| US5546185A (en) | Angle detecting apparatus for detecting angle of inclination of scanning mirror provided on michelson interferometer | |
| EP0636240A1 (en) | Angle detection | |
| US7405814B2 (en) | Frequency multiplexed, multiple channel heterodyne interferometer | |
| JP5412959B2 (ja) | 光応用計測装置 | |
| Maru | Laser Doppler cross-sectional velocity distribution measurement combining 16-channel spatial encoding and non-mechanical scanning | |
| CN105785398A (zh) | 一种基于虚像相位阵列的非相干大气激光测风雷达 | |
| Jakobsen et al. | Optical spatial filtering velocimetry sensor for sub-micron, in-plane vibrationmeasurements | |
| JPH045122B2 (ru) | ||
| JPS63218827A (ja) | 光スペクトル検出装置 | |
| Wan et al. | Design of a two-color interferometer system on EAST | |
| Sun et al. | Method of multi-white-light-beam interfering and its application in fusion-sensitve measurement of distributed optical fiber | |
| Dändliker | Measuring displacement, velocity and vibration by laser interferometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170825 |