專利名稱：可測(cè)量不同距離運(yùn)動(dòng)物體速度的雙光路激光多普勒測(cè)速儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種可測(cè)量不同距離運(yùn)動(dòng)物體速度的雙光路激光多普勒測(cè)速儀。
二、技術(shù)背景多普勒效應(yīng)在聲學(xué)領(lǐng)域早為人們所熟知，它是十九世紀(jì)德國物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的。一個(gè)向著或離開聲源運(yùn)動(dòng)的觀察者所遇到的聲波頻率比靜止不動(dòng)時(shí)所遇到的聲波頻率要發(fā)生高或低的變化，產(chǎn)生一個(gè)頻差。
愛因斯坦在他的相對(duì)論中指出在光波領(lǐng)域中也存在著類似的多普勒效應(yīng)，而且可以利用這一效應(yīng)來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的速度和位移。激光多普勒效應(yīng)是光波領(lǐng)域中多普勒效應(yīng)的一個(gè)具體體現(xiàn)。激光多普勒測(cè)量技術(shù)，特別是速度測(cè)量技術(shù)，因其屬于非接觸性測(cè)量，并且具有測(cè)量精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，得到快速的發(fā)展。
與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)，是德國POLYTEC公司生產(chǎn)的LSV040Sensor及LSV100 Control Processor的一種雙光路激光多普勒測(cè)速儀，如圖1所示，包括激光光源1，光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)2，光學(xué)透鏡3，運(yùn)動(dòng)物體4。激光光源1發(fā)出的激光束，經(jīng)光束分裂器分為兩路光，再經(jīng)光學(xué)透鏡3聚焦在被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體4上，被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體4將激光散射，散射后的激光經(jīng)光學(xué)透鏡3回到光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)2，光電接收器接收到散射的激光信號(hào)。經(jīng)電子學(xué)處理后顯示出被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體4的運(yùn)動(dòng)速度。
該儀器存在的主要問題是要求激光多普勒測(cè)量系統(tǒng)與被測(cè)的運(yùn)動(dòng)物體之間的距離是固定的，也就是雙光路激光的焦點(diǎn)位置落在運(yùn)動(dòng)物體上，激光多普勒測(cè)量系統(tǒng)只能測(cè)量與其距離固定不變的運(yùn)動(dòng)物體，測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于使激光多普勒測(cè)速系統(tǒng)能夠測(cè)量離它任意遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度，特設(shè)計(jì)一種可改變焦距的光學(xué)系統(tǒng)，使被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體與測(cè)量系統(tǒng)之間的距離不受限制。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可測(cè)量不同距離運(yùn)動(dòng)物體速度的雙光路激光多普勒測(cè)速儀。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖2所示，包括激光光源5、光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)6、調(diào)焦系統(tǒng)即移動(dòng)鏡座7、移動(dòng)透鏡8、固定透鏡9、殼體10、被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體11、滾珠絲桿12、聯(lián)軸節(jié)13、激光測(cè)距儀14、步進(jìn)電機(jī)15、步進(jìn)電機(jī)控制器16。
在激光光源5的激光束傳播方向的光軸上，從左至右依次置有激光光源5、光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)6，安裝在殼體10內(nèi)的裝在移動(dòng)鏡座7上的移動(dòng)透鏡8、固定透鏡9，構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)15的軸平行與測(cè)量系統(tǒng)的光軸，滾珠絲桿12通過聯(lián)軸節(jié)13與步進(jìn)電機(jī)15的軸同軸線剛性固連，滾珠絲桿12與移動(dòng)鏡座7之間是精密螺紋配合，裝在移動(dòng)鏡座7上的移動(dòng)透鏡8沿光軸隨移動(dòng)鏡座7可左、右移動(dòng)，調(diào)節(jié)移動(dòng)透鏡8和固定透鏡9之間的距離；激光測(cè)距儀14的光軸與測(cè)量系統(tǒng)的光軸平行，被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體11的運(yùn)動(dòng)方向與測(cè)量系統(tǒng)的光軸和激光測(cè)距儀14的光軸垂直；步進(jìn)電機(jī)控制器16通過導(dǎo)線與步進(jìn)電機(jī)15連接，依據(jù)激光測(cè)距儀14測(cè)得的被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體11到測(cè)量系統(tǒng)的距離，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)15旋轉(zhuǎn)步距角，帶動(dòng)滾珠絲桿12轉(zhuǎn)動(dòng)，來調(diào)節(jié)裝在移動(dòng)鏡座7上的移動(dòng)透鏡8和固定透鏡9之間的距離，使測(cè)量系統(tǒng)的激光束焦點(diǎn)準(zhǔn)確地落在被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體11上。
工作原理說明被測(cè)速的運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向與測(cè)量系統(tǒng)的激光束傳播方向垂直，要使測(cè)速的數(shù)值準(zhǔn)確，必須使激光束的焦點(diǎn)位置準(zhǔn)確的落在被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體上，用激光測(cè)距儀測(cè)得的測(cè)量系統(tǒng)與被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體之間的實(shí)際距離，通過步進(jìn)電機(jī)控制器控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的步距，帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)移動(dòng)透鏡和固定透鏡之間的距離，來調(diào)節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的焦距，使激光束的焦點(diǎn)落在被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體上，運(yùn)動(dòng)物體散射光通過固定透鏡和移動(dòng)透鏡后被光電接收，電子學(xué)處理根據(jù)出射光和接收到的散射光的頻差，經(jīng)處理后顯示出被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度。
本發(fā)明的積極效果由于測(cè)量系統(tǒng)的焦距變化可調(diào)，可調(diào)整激光束的焦點(diǎn)落在距測(cè)量系統(tǒng)的不同距離的運(yùn)動(dòng)物體上，從而能充分發(fā)揮測(cè)量系統(tǒng)的功能，可測(cè)不同距離的運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度，與固定焦距的測(cè)速相比，焦距可調(diào)的激光多普勒測(cè)速儀，測(cè)試不同距離的運(yùn)動(dòng)物體速度，可靈活應(yīng)用很方便。
四

圖1是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意框圖，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖，摘要附圖亦采用圖2。
五具體實(shí)施例方式本發(fā)明按圖2所示的結(jié)構(gòu)示意框圖實(shí)施，激光光源5采用上海亞太技術(shù)玻璃公司生產(chǎn)的He-Ne激光器，光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)6采用美國TSI公司生產(chǎn)的1917C型，移動(dòng)鏡座7的材質(zhì)采用LY12鋁，移動(dòng)透鏡8采用K9玻璃，雙凸透鏡，口徑φ＝50mm，焦距f＝188mm，固定透鏡9，采用K9玻璃，平凹透鏡，口徑φ＝50mm，焦距f＝-60mm，殼體10的材質(zhì)采用鋁合金，被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體11可選擇汽車、火車、人騎自行車等，滾珠絲桿12采用材質(zhì)為45#鋼，激光測(cè)距儀14采用徠卡DISTOTMPRO4，步進(jìn)電機(jī)15采用步距角為0.9°的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)控制器采用北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的SC101步進(jìn)電機(jī)控制器。
權(quán)利要求
1.可測(cè)量不同距離運(yùn)動(dòng)物體速度的雙光路激光多普勒測(cè)速儀，包括激光光源、光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)，被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體，其特征在于本發(fā)明還包括調(diào)焦系統(tǒng)即移動(dòng)鏡座(7)、移動(dòng)透鏡(8)、固定透鏡(9)、殼體(10)、被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體(11)、滾珠絲桿(12)、聯(lián)軸節(jié)(13)、激光測(cè)距儀(14)、步進(jìn)電機(jī)(15)、步進(jìn)電機(jī)控制器(16)；在激光光源(5)的激光束傳播方向的光軸上，從左至右依次置有激光光源(5)、光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)(6)、安裝在殼體(10)內(nèi)的裝在移動(dòng)鏡座(7)上的移動(dòng)透鏡(8)、固定透鏡(9)，構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)(15)的軸平行與測(cè)量系統(tǒng)的光軸，滾珠絲桿(12)通過聯(lián)軸節(jié)(13)與步進(jìn)電機(jī)(15)的軸同軸線剛性固連，滾珠絲桿(12)與移動(dòng)鏡座(7)之間是精密螺紋配合，裝在移動(dòng)鏡座(7)上的移動(dòng)透鏡(8)沿光軸隨移動(dòng)鏡座(7)可左、右移動(dòng)，調(diào)節(jié)移動(dòng)透鏡(8)和固定透鏡(9)之間的距離；激光測(cè)距儀(14)的光軸與測(cè)量系統(tǒng)的光軸平行，被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體(11)的運(yùn)動(dòng)方向與測(cè)量系統(tǒng)的光軸和激光測(cè)距儀(14)的光軸垂直；步進(jìn)電機(jī)控制器(16)通過導(dǎo)線與步進(jìn)電機(jī)(15)連接，依據(jù)激光測(cè)距儀(14)測(cè)得的被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體(11)到測(cè)量系統(tǒng)的距離，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(15)旋轉(zhuǎn)步距角，帶動(dòng)滾珠絲桿(12)轉(zhuǎn)動(dòng)，來調(diào)節(jié)裝在移動(dòng)鏡座(7)上的移動(dòng)透鏡(8)和固定透鏡(9)之間的距離，使測(cè)量系統(tǒng)的激光束焦點(diǎn)準(zhǔn)確地落在被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體(11)上。
全文摘要
可測(cè)量不同距離運(yùn)動(dòng)物體速度的雙光路激光多普勒測(cè)速儀，屬于激光測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種測(cè)速儀，要解決的技術(shù)問題是提供可測(cè)不同距離運(yùn)動(dòng)物體速度的雙光路激光多普勒測(cè)速儀。解決的技術(shù)方案是包括激光光源，光源光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理系統(tǒng)，調(diào)焦系統(tǒng)。在激光光源光束傳播方向的光軸上，從左至右依次置有激光光源、光束分裂器及光電接收和電子學(xué)處理顯示系統(tǒng)、調(diào)焦系統(tǒng)中的移動(dòng)透鏡、固定透鏡，構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)；被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向與測(cè)量系統(tǒng)的光軸和激光測(cè)距儀的光軸垂直；步進(jìn)電機(jī)控制器依據(jù)激光測(cè)距儀測(cè)得的被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的距離，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，來調(diào)節(jié)移動(dòng)透鏡和固定透鏡之間的距離，使激光束焦點(diǎn)準(zhǔn)確地落在被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體上。
文檔編號(hào)G01S17/00GK1704769SQ200410010879
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月27日
發(fā)明者朱萬彬 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所