[发明专利]一种测量物体运动速度的光学装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种非接触式的针对运动物体速度测量的测量装置与方法。所述装置由激光器、分光棱镜、平面反射镜、被测运动物体、收集透镜以及光电探测系统构成。激光器发出一束激光被分光棱镜分成能量接近相等的两束激光，又经过平面反射镜将两束激光入射到运动物体表面同一测量点。利用收集透镜的聚光作用将来自测量点的散射光会聚在光电探测器的光敏面上。利用光外差技术可以获取两束入射光在同一方向对应的散射光之间的差频。该差频与物体的运动速度之间存在对应关系。本发明具有结构紧凑、成本低、精度高以及能测量瞬时速度的特点。

技术领域

本发明涉及对平整物体表面速度和长度的精确测量领域，尤其涉及一种测量物体运动速度的光学装置及测量方法。

背景技术

随着现代工业自动化程度的提高，系统的自动运行对传感器的可靠性要求越来越高，不仅要求其工作稳定和高测量精度。如轧钢厂需要对钢板长度的精确测量来降低生产成本，传统的测量方法在高温、高速情况下无法满足测量要求，这就需要高可靠性的非接触式传感器来实现。

目前大多数的激光测速装置采用的是窄线宽的固体或气体激光器，激光器的成本高且尺寸大。采用需要定制的等光程分光棱镜将入射激光分成两束平行出射的激光束，再利用大口径会聚透镜对光束进行会聚，光路长、系统体积大且价格昂贵。且系统对调整精度要求高，系统灵活性差，难以满足实际工程的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量物体运动速度的光学装置及测量方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种测量物体运动速度的光学装置，包括激光器、分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、被测运动物体、凸透镜、光电探测器；

所述分光棱镜位于激光器的前端，第一平面反射镜和第二平面反射镜位于棱镜激光出射面前方，并与对应的出射面存在相同的夹角，激光器发出的光线经分光棱镜分光后，一束光线入射至第一平面反射镜，另一束光线入射至第二平面反射镜，两束光线分别经两块平面反射镜反射后，汇集于一点，该点处设置运动物体,在运动物体与分光棱镜之间设置凸透镜，凸透镜可对运动物体表面的光点进行成像，在像点处设置光电探测器。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的系统采用半导体激光器，出射波长为λ的单色激光入射到一能量分光棱镜分成能量近似相等的两束激光，经由两片前表面反射的平面反射镜对两支光路折转以后入射到运动物体表面同一点，来自该点的散射光携带了物体的运动信息，不同方向入射光对应的散射光经过收集透镜的会聚作用聚集在光电探测器的光敏面上，其输出的随多普勒频率变化的电流信号经过后面电路的I-V转换、滤波、放大等处理后可供数据处理器处理成需要的速度或者长度信息，进而显示出来。2)所述方法的更进一步设计在于采用前表面反射的平面反射镜折转光路，减小系统的尺寸与重量，且易满足等光程原则，同时可以方便调整测量距离(光电探测器至测量点之间的距离)。3)所述方法的更进一步设计在于接收后向散射光，对不透明运动物体的测量信噪比更强，效果更佳。4)所述方法的更进一步设计在于使用了非共轴系统，降低了系统费用，使系统通用性更强。

附图说明

图1为运动物体速度与长度测量方案的原理框图。

图2为运动物体速度与长度测量光学原理图。

图3为平面反射镜调整方案结构图。

图4为改变测量距离示意图。

具体实施方式