[发明专利]用于确定物体的速度分量的设备

说明书

本发明涉及一种用于确定物体的速度分量的设备，该物体相对于该设备在测量距离处的检测区域中移动并反射源自光源的光，其中该物体产生从检测区域发出的反射光。为此，该设备包括物镜、调制器、接收光学单元和光检测器，其中物镜检测由物体在检测区域中产生的反射光并将所述光成像到调制器上，调制器将反射光调制为一系列光信号，接收光学单元将调制器产生的一系列光信号成像到光检测器上，光检测器将所述一系列光信号转换为一系列电子信号。另外，该设备包括接口，该接口将光检测器产生的一系列电子信号转发至评估单元。

技术领域

本发明涉及一种用于确定物体的速度分量的设备，该物体在相对于该设备处于一定距离处的检测区域中移动并反射源自光源的光，其中该物体产生从检测区域发出的反射光。

背景技术

在许多应用领域中，物体速度的检测是必要或期望的，例如车辆或人的速度、液体的流速或地面以上特定高度处的风速。

在测量风速的领域中，经常使用杯形风速计。杯形风速计由在竖直旋转轴上的三个或四个半球形杯组成。它根据电阻原理产生电信号，并根据所述信号计算风速。附加的风向标用于确定风向。

已经开发出用于测量风速的所谓的光检测和测距(LiDAR，也即激光雷达)系统。激光器发射的光在气流中的空气颗粒(气溶胶)处反射，并由测量设备接收和评估。频率分析用于确定气溶胶的速度，从而确定风的速度。这些仪器的精度仅在某些物理假设下才是足够的，并且必须通过与参考测量杆进行定期比较测量来验证。另一个因素是，传统的LiDAR系统不适于检测横向速度分量。

为了解决这个问题，已经开发出利用纵向多普勒效应的LiDAR系统。为了确定横向速度分量，将激光器相对于其竖直轴线倾斜大约15°，并将其围绕该轴线旋转。因此，激光束绘出了一个测量锥，该测量锥用于测量相对于激光束的风速的纵向分量，并由此计算水平风速的平均值。然而，这里的问题是，随着高度的增加，测量锥的直径变得越来越大。另一个因素是，在高度结构化的地形(包括丘陵、林地、山谷和建筑物)中的测量不够准确。

EP2062058A1提出了一种具有高空间分辨率的用于测量横向速度分量的设备，该设备旨在针对多达500m的距离而设置。在检测区域的方向上发射准直过的激光束，其中调制器的光栅结构被投影到检测区域中。该设备将物体(例如空气颗粒)在检测区域中经过投影的光栅结构的运动检测为周期性的明暗信号，根据该信号的频率来计算风速的横向分量。

这里的缺点是调制器吸收了大部分激光功率，结果必须使用适当功率的激光。此外，为了检测横向速度的两个分量，需要两次测量，其中调制器必须旋转90°。此外，该设备仅提供了有限的参数化可能性，结果使得对不同测量距离的可调性更加困难并且测量精度受到限制。

发明内容

本发明解决的问题

本发明解决的问题是克服现有技术的这些和另外的缺点，并提供一种用于确定物体的速度分量的设备，该设备使用简单的方式以成本有效的方式构造，并且能够对物体速度、特别是高空风速进行高效且经济的测量。此外，力求适合于相应的应用的高空间分辨率以及高测量精度。

本发明的问题解决方案

本发明的主要特征在权利要求1中给出。权利要求2至15涉及构造。

根据本发明的解决方案提供了一种用于确定物体的速度分量、特别是横向速度分量的设备，该物体在相对于该设备处于测量距离处的检测区域中移动并反射源自光源的光，其中该物体产生从检测区域发出的反射光，

该设备包括透镜、调制器、接收光学单元和光检测器，

其中透镜捕获由物体在检测区域中产生的反射光并将反射光成像到调制器上，

其中调制器将反射光调制为一系列光信号，

其中接收光学单元将调制器产生的一系列光信号成像到光检测器上，并且