SU413892A1 - Устройство для измерения скорости движения - Google Patents

Description

1

Известны устройства дл  измерени  скорости , действие которых основано на выделении доплеровского сдвига частоты в свете, рассе нном объектом в направлении, обратном падающему пучку. В полосе частот полезного сигнала на выходе этих устройств имеетс  высокий уровень шумов, частотный спектр которых определ етс  лазерными шумами и свойствами рассеивающего объекта.

Однако такие устройства имеют малое отношение сигнал/шум выходного сигнала.

Дл  снижени  уровн  шумов в предлагаемом устройстве установлены два квадратичных фотоприемника, между фокусирующей системой и фотоприемниками последовательно размещены фазосдвигающие элементы и расщепитель обратного рассе нного пучка, например призма Волластона, совмещенный с расщепителем падающего пучка. Выходы фотоприемников подключены к электронному блоку измерени  частоты через дифференциальный усилитель.

На фиг. 1 показана оптическа  схема устройства; на фиг. 2, а, б - векторные диаграммы .

Схема содержит последовательно расположенные источник 1 когерентного линейно-пол ризованного света (лазер), фазовую четвертьволновую пластинку 2, объектив 3, расщепитель 4 обратного рассе нного пучка, например призму Волластона, совмещенный в фокальной плоскости объектива с расщепителем падающего пучка, объектив 5, образующий с объективом 3 телескопическую систему, 5 и фокусирующий объектив 6. Между объективами помещены фазосдвигающие элементы 7, которые могут быть выполнены в виде: двух полуволновых пластин, одноименные оси которых ориентированы под углом 22,5° к плоскости пол ризации соответствующих расщепленных пучков; четвертьволновых пластин, помещенных в оба расщепленных пучка; полуволновой пластины, помещенной на пути рассе нного пучка и ориентированной одной из своих

5 осей под углом 22,5° к плоскости пол ризации одного из падающих пучков.

Перед объективом 6 установлены диафрагмы 8 и 9 на пути расщепленных падающих пучков и полева  диафрагма 10, ограничивающа  обратный рассе нный пучок. Квадратичные фотоприемники И и 12 с линзами 13, 14 и полевыми диафрагмами 15, 16 помещены соответственно на пути расщепленных призмой 4 рассе нных пучков. Выходы фотоприемников

5 подключены к электронному блоку 17 измерени  частоты через дифференциальный усилитель 18.

Луч лазера, имеющий после прохождени  четвертьволновой фазовой пластины и объек0 тива 3 круговую пол ризацию, попадает на

пол ризационную и расщепл етс  на два пучка одинаковой интенсивности с взаимно ортогональными пол ризаци ми. Расщепленные пучкн объективом 5 преобразуютс  в параллельные и после прохождени  фазосдвигающих элементов фокусируютс  объективом 6 на объект, скорость движени  которого подлежит измерению. Рассе нный объектом в области пересечени  падающих пучков свет собираетс  объективом 6, ограничиваетс  диафрагмой 10 и объективом 5 направл етс  на пол ризационную призму 4, где расщепл етс  на два пучка. Каждый из расщепленных рассе нных пучков линзами 13 (14) через диафрагмы 15 (16) направл ютс  на соответствующий квадратичный фотоприемник 11 (12).

Если фазосдвигающие элементы 7 выполнены в внде двух иолуволновых пластин, одноименные оси которых ориентированы под углом 22,5° к плоскости пол ризации соответствующих расщепленных падающих пучков, или одной полуволновой пластины, помещенной на пути рассе нного пучка н ориентированной также, то падающий на пол ризационную призму рассе ниый пучок (фиг. 2) представл ет две ортогональные пол ризационные составл ющие , EI и EZ, имеющие одинаковую интенсивность и повернутые относительно главных осей пол ризационной призмы на угол 45°. Следовательно, в один из расщепленных пучков х составл ющие от соответствующих пол ризаций падающего на призму рассе нного пучка вход т в фазе, тогда как в другой пучок fy - в противофазе, т. е.

Ex ijc + ix0)

Су - Cj,, с

Ху

где

с с i (О ... , , ,,

:..г-,у--у|- (со, + «й.),

s Е,у ф| ехр У (ш„ + f,

где соо - частота падающего светового пучка;

и содг - доплеровские сдвиги частоты в рассе нном пучке;

(Ks-K,) s,V{Ks-K,),

-

где V - вектор скорости рассеивающего объекта в области пересечени  падающих пучков;

/Ci и /Са - волновые векторы соответствующих падающих пучков;

/Cs - волновой вектор выделенного рассе нного пучка.

Световые пучки описываютс  здесь плоскими водками

Случаю, когда фазосдвигающие элолспты выполнены в внде четвертьволновых пласт1П1, помещенных в оба расщепленных падающих пучка, соответствует векторна  диаграмма,

показанна  на фиг. 2. Из нее следует, что дл  расщепленпых рассе нных пучков также справедливы со.отн.оцюкп  (1).

Учитыва , что сигнал на выходе квадратичного фотопрпемипка можно представить в виде

у.,(2)

где а. - коэффициент, учитывающий чувствительность и усиление фотонриемиика, 1олучаем из выражений (1) и (2)

I a.lE,, + E,, J +

|(0 ,

L

+ ,(Of.Wcos(Ao),0

(3)

гг/717 ,( , 2(0

/, а ,, -,, а.

(Осо8(Аш,о1,(4)

где

,, s,, V(K,K,).

Результирующий сигнал на выходе дифференциального усилител  равен разности сигналов с первого и второго фотопрпемников. Из формул (3) и (4) следует

Л/ /1 - /, 2а, (i) Е, (t) COS (ДшаО. (5)

Из сравнени  выражени  (5) с выражени ми (3) и (4) видно, что из результирующего сигнала исключены посто нна  составл юща  п аддитивные щумы.

Предмет изобретени 

Claims (4)

1. Устройство дл  измерени  скорости движени , содержащее последовательно расположенные источник когерентного линейно-пол ризованного света, например лазер, расщепитель падающего пучка, фокусирующую оптическую систему, квадратичный фотоприемник с собирающим обратно рассе нное излучение объективом и электронный блок измерени  частоты , отличающеес  тем, что, с целью снижени  уровн  шумов, параллельно первому фотоприемнику установлен второй фотоприемник , между фокусирующей системой и фотоприемниками последовательно размещены фазосдвигающие элементы и расщепитель обратного рассе нного пучка, например призма Волластона, совмещенный с расщепителем падающего пучка, а выходы фотопрпемников через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку из.мерени  частоты.

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что фазосдвигающие элементы выполнены в виде полуволновой нластины, установленной в каждом из двух падающих пучков под углом 22,5° к плоскости пол ризации.

3.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что фазосдвигающий элемент выполнен в

вг1де полуволновой пластины, помещенно) на пути рассе нного пучка под углом 22,5° к плоскости пол ризацпп.

4. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что фазосдвигающие элементы выполнены в виде четвертьволновых пластин, помещенных в оба расщепленных пучка.

а

jA

Ег,

п ОЕ2УV

иг.г