close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11199

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11199
(13) C1
(19)
G 01H 9/00
G 01P 3/36
G 01P 5/00
ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЛАЗЕРНОГО
ДОПЛЕРОВСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ
(21) Номер заявки: a 20070073
(22) 2007.01.26
(43) 2007.08.30
(71) Заявитель: Белорусский государственный университет (BY)
(72) Авторы: Козлов Владимир Леонидович; Стецик Виктор Михайлович
(BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский государственный университет (BY)
(56) RU 2243568 C2, 2004.
BY a 20051241, 2006.
US 5838439 A, 1998.
JP 57023873, 1982.
JP 8029248 A, 1996.
BY 11199 C1 2008.10.30
(57)
Оптическая система лазерного доплеровского измерителя, содержащая оптически
связанные лазер, линзу, гетеродинный фотодетектор, отличающаяся тем, что содержит
вторую линзу, лазер использован полупроводниковый с широкой диаграммой направленности излучения и установлен с возможностью направления одной части излучения
через вторую линзу к объекту, а другой - через первую линзу на фотодетектор, при этом
зеркало резонатора лазера использовано для направления отраженного от объекта излучения на фотодетектор для гетеродинного выделения доплеровского сигнала в последнем.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в доплеровских измерителях скорости движения рассеивающих оптическое излучение потоков жидкости и газов, а также параметров движения твердых и диффузно
отражающих объектов, амплитуды и частоты вибраций отражающих объектов, профиля
отражающих поверхностей и т.п.
BY 11199 C1 2008.10.30
Известна оптическая система лазерного доплеровского измерителя скорости [1], содержащая излучатель, поворотную призму, дифракционную решетку, светоделительную
пластинку, линзы, приемник излучения. Недостатком этого устройства является сложность конструкции и большие потери излучения на оптических элементах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является оптическая система лазерного доплеровского измерителя скорости [2], содержащая лазер, моностатическую антенну, кольцеобразователь, коллиматор, светоделительную пластину, линзу фотодетектора,
фотодетектор, при этом все оптические оси расположены в одной плоскости. Недостатком
этого устройства является сложность конструкции и ограниченная точность измерений.
Задача изобретения - повышение точности измерений и упрощение конструкции оптической схемы лазерного доплеровского измерителя. Решение поставленной задачи позволит создавать миниатюрные оптические измерительные головки для доплеровских
измерителей скорости движения рассеивающих оптическое излучение потоков жидкости
и газов, твердых и диффузно отражающих объектов, а также для измерения параметров
вибрации отражающих поверхностей.
Поставленная задача решается путем того, что в систему [2], содержащую лазерный
излучатель, линзу, фотодетектор, введена вторая линза, а в качестве источника излучения
использован полупроводниковый лазер, обладающий широкой диаграммой направленности излучения, установленный так, что часть излучения через вторую линзу направляется
к измеряемому объекту, а другая часть через первую линзу на фотодетектор, при этом
зеркало резонатора лазера используется для направления отраженного от объекта излучения на фотоприемник, где осуществляется гетеродинное выделение доплеровского сигнала.
На фигуре представлена функциональная схема оптической системы лазерного доплеровского измерителя. Устройство содержит: источник лазерного излучения 1, первую
линзу 2, гетеродинный фотоприемник 3, вторую линзу 4, измеряемый объект 5.
Система работает следующим образом. Лазер 1 излучает оптическое излучение частотой f. В качестве источника излучения 1 использован полупроводниковый лазер, обладающий широкой диаграммой направленности излучения, равной ϕ. Диаграмма
направленности современных полупроводниковых лазеров составляет 20-30 градусов в
плоскости, перпендикулярной p-n-переходу, и 8-15 градусов в плоскости р-n-перехода [3],
что вполне позволяет сформировать с помощью линз два луча для опорного и измерительного канала. Часть излучения отделяется линзой 2 и подается на гетеродинный фотоприемник 3 в качестве опорного сигнала для оптического гетеродинирования. Другая
часть излучения лазера направляется линзой 4 к измеряемому объекту 5. В результате эффекта Допплера в зависимости от направления скорости движения, отраженное от движущейся (вибрирующей) поверхности объекта излучение, приобретает сдвиг частоты fd,
равный
v
f d = ±2 cos(α) ,
(1)
λ
где λ - длина волны излучения лазера, v - скорость контролируемой точки поверхности, α
- угол между направлением скорости и направлением лазерного луча. Следовательно, частота отраженного от объекта оптического излучения будет равна f ± fd. Отраженное от
объекта излучение собирается линзой 4, и, отразившись от зеркала резонатора лазера 1,
направляется линзой 2 на фотоприемник 3. Таким образом, на фотоприемник 3 поступают
два сигнала: опорный - частотой f и отраженный от объекта - частотой f ± fd. В результате
оптического гетеродинирования на фотоприемнике 3 выделяется сигнал доплеровской
частоты, определяемый формулой (1). Наилучшие условия работы системы реализуются в
случае, когда половина излучения лазера попадает на линзу 2, а вторая половина - на линзу 4. Коэффициент отражения с внешней стороны от зеркала резонатора лазера близок к
единице, благодаря большой разнице коэффициентов преломления активного вещества
2
BY 11199 C1 2008.10.30
полупроводникового лазера и воздуха. Предложенная система в отличие от известных обладает простотой, минимальным количеством оптических элементов, практически не нуждается в юстировке и может использоваться для создания миниатюрных доплеровских
измерителей скорости и вибрации.
Таким образом, использование в качестве источника зондирующего излучения полупроводникового лазера, обладающего широкой диаграммой направленности излучения,
дополнительной линзы и использование зеркала резонатора лазера в качестве отражателя
дистанционного сигнала для обеспечения гетеродинного выделения доплеровского сигнала позволяет повысить точность измерений и упростить конструкцию и юстировку оптической системы.
Источники информации:
1. Патент РФ № 1431498. Лазерный доплеровский измеритель скорости / П.Я.Белоусов, Ю.Н. Дубнищев, В.Г. Меледин. Опубл. 27.02.1996.
2. Патент РФ № 2243568, МПК G 01P 5/26. Оптическая система лазерного доплеровского измерителя скорости / Г.А. Погосов. Опубл. 27.12. 2004.
3. Физика полупроводниковых лазеров / Под ред. X. Такумы. - М.: Мир, 1989. - 310 с.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
93 Кб
Теги
by11199, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа