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

發(fā)明內容
為了克服已有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于使激光多普勒測速系統(tǒng)能夠測量離它任意遠距離的運動物體的運動速度，特設計一種可改變焦距的光學系統(tǒng)，使被測運動物體與測量系統(tǒng)之間的距離不受限制。
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可測量不同距離運動物體速度的雙光路激光多普勒測速儀。解決技術問題的技術方案如圖2所示，包括激光光源5、光束分裂器及光電接收和電子學處理顯示系統(tǒng)6、調焦系統(tǒng)即移動鏡座7、移動透鏡8、固定透鏡9、殼體10、被測運動物體11、滾珠絲桿12、聯軸節(jié)13、激光測距儀14、步進電機15、步進電機控制器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處理顯示系統(tǒng)6，安裝在殼體10內的裝在移動鏡座7上的移動透鏡8、固定透鏡9，構成測量系統(tǒng)；步進電機15的軸平行與測量系統(tǒng)的光軸，滾珠絲桿12通過聯軸節(jié)13與步進電機15的軸同軸線剛性固連，滾珠絲桿12與移動鏡座7之間是精密螺紋配合，裝在移動鏡座7上的移動透鏡8沿光軸隨移動鏡座7可左、右移動，調節(jié)移動透鏡8和固定透鏡9之間的距離；激光測距儀14的光軸與測量系統(tǒng)的光軸平行，被測運動物體11的運動方向與測量系統(tǒng)的光軸和激光測距儀14的光軸垂直；步進電機控制器16通過導線與步進電機15連接，依據激光測距儀14測得的被測運動物體11到測量系統(tǒng)的距離，驅動步進電機15旋轉步距角，帶動滾珠絲桿12轉動，來調節(jié)裝在移動鏡座7上的移動透鏡8和固定透鏡9之間的距離，使測量系統(tǒng)的激光束焦點準確地落在被測運動物體11上。
工作原理說明被測速的運動物體的運動方向與測量系統(tǒng)的激光束傳播方向垂直，要使測速的數值準確，必須使激光束的焦點位置準確的落在被測運動物體上，用激光測距儀測得的測量系統(tǒng)與被測運動物體之間的實際距離，通過步進電機控制器控制步進電機旋轉的步距，帶動絲桿旋轉調節(jié)移動透鏡和固定透鏡之間的距離，來調節(jié)測量系統(tǒng)的焦距，使激光束的焦點落在被測運動物體上，運動物體散射光通過固定透鏡和移動透鏡后被光電接收，電子學處理根據出射光和接收到的散射光的頻差，經處理后顯示出被測運動物體的運動速度。
本發(fā)明的積極效果由于測量系統(tǒng)的焦距變化可調，可調整激光束的焦點落在距測量系統(tǒng)的不同距離的運動物體上，從而能充分發(fā)揮測量系統(tǒng)的功能，可測不同距離的運動物體的運動速度，與固定焦距的測速相比，焦距可調的激光多普勒測速儀，測試不同距離的運動物體速度，可靈活應用很方便。
四

圖1是已有技術的結構示意框圖，圖2是本發(fā)明的結構示意框圖，摘要附圖亦采用圖2。
五具體實施例方式本發(fā)明按圖2所示的結構示意框圖實施，激光光源5采用上海亞太技術玻璃公司生產的He-Ne激光器，光束分裂器及光電接收和電子學處理顯示系統(tǒng)6采用美國TSI公司生產的1917C型，移動鏡座7的材質采用LY12鋁，移動透鏡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的材質采用鋁合金，被測運動物體11可選擇汽車、火車、人騎自行車等，滾珠絲桿12采用材質為45#鋼，激光測距儀14采用徠卡DISTOTMPRO4，步進電機15采用步距角為0.9°的步進電機，步進電機控制器采用北京光學儀器廠生產的SC101步進電機控制器。
權利要求
1.可測量不同距離運動物體速度的雙光路激光多普勒測速儀，包括激光光源、光束分裂器及光電接收和電子學處理顯示系統(tǒng)，被測運動物體，其特征在于本發(fā)明還包括調焦系統(tǒng)即移動鏡座(7)、移動透鏡(8)、固定透鏡(9)、殼體(10)、被測運動物體(11)、滾珠絲桿(12)、聯軸節(jié)(13)、激光測距儀(14)、步進電機(15)、步進電機控制器(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處理顯示系統(tǒng)(6)、安裝在殼體(10)內的裝在移動鏡座(7)上的移動透鏡(8)、固定透鏡(9)，構成測量系統(tǒng)；步進電機(15)的軸平行與測量系統(tǒng)的光軸，滾珠絲桿(12)通過聯軸節(jié)(13)與步進電機(15)的軸同軸線剛性固連，滾珠絲桿(12)與移動鏡座(7)之間是精密螺紋配合，裝在移動鏡座(7)上的移動透鏡(8)沿光軸隨移動鏡座(7)可左、右移動，調節(jié)移動透鏡(8)和固定透鏡(9)之間的距離；激光測距儀(14)的光軸與測量系統(tǒng)的光軸平行，被測運動物體(11)的運動方向與測量系統(tǒng)的光軸和激光測距儀(14)的光軸垂直；步進電機控制器(16)通過導線與步進電機(15)連接，依據激光測距儀(14)測得的被測運動物體(11)到測量系統(tǒng)的距離，驅動步進電機(15)旋轉步距角，帶動滾珠絲桿(12)轉動，來調節(jié)裝在移動鏡座(7)上的移動透鏡(8)和固定透鏡(9)之間的距離，使測量系統(tǒng)的激光束焦點準確地落在被測運動物體(11)上。
全文摘要
可測量不同距離運動物體速度的雙光路激光多普勒測速儀，屬于激光測量技術領域中涉及的一種測速儀，要解決的技術問題是提供可測不同距離運動物體速度的雙光路激光多普勒測速儀。解決的技術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處理系統(tǒng)，調焦系統(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處理顯示系統(tǒng)、調焦系統(tǒng)中的移動透鏡、固定透鏡，構成測量系統(tǒng)；被測運動物體的運動方向與測量系統(tǒng)的光軸和激光測距儀的光軸垂直；步進電機控制器依據激光測距儀測得的被測運動物體的距離，驅動步進電機帶動滾珠絲桿轉動，來調節(jié)移動透鏡和固定透鏡之間的距離，使激光束焦點準確地落在被測運動物體上。
文檔編號G01S17/00GK1704769SQ200410010879
公開日2005年12月7日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權日2004年5月27日
發(fā)明者朱萬彬 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所