專利名稱：高速飛行物體激光測速方法及測速儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高速飛行物體激光測速方法及測速儀用于測量子彈、炮彈發(fā)射瞬間的飛行速度，以及測量奮力投出的棒球、壘球；大力扣殺的乒乓球、羽毛球等小型高速飛行物體的速度。
此種測速儀對于汽車、火車等大型低速運動物體的測速效果較好，而對于小型高速運動物體的測速則難度較大。原因有二(1)目標不易撲捉多普勒測速儀要求有一束光照射到被測物體上，然后接受其散射光與參考光相互干涉，通過測量干涉條紋的變化測出物體移動速度。當物體較小，且運動速度較高時(例如高速飛行的子彈)，目標不易撲捉，因而無法實現(xiàn)測速。(2)當物體飛行速度很高時，對多普勒測速儀的響應速度要求非常高，這無疑要增加測速儀的成本。例如為測量速度達到每秒幾公里、尺寸僅為幾毫米的飛行物體，多普勒測速儀的價格高達一百多萬元，而且技術(shù)復雜，操作不便，實用性很差。
本發(fā)明的高速飛行物體激光測速方法，是由激光器發(fā)射激光，經(jīng)過光路傳輸光束后，照射到運動物體上，經(jīng)過光傳輸，由光電接收器將轉(zhuǎn)換后的電信號送入低噪聲放大器，再由數(shù)字處理器進行分析并將所得到的計時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物體的飛行速度，通過顯示器顯示測量結(jié)果；特征在于，它利用激光器輸出激光，經(jīng)過光學整形器整形為在豎直方向展寬，水平方向壓縮的極薄的激光光束；分別由兩個反射鏡反射形成兩道激光屏幕；當小型高速飛行物體先后通過這兩道光幕時，根據(jù)常規(guī)技術(shù)進行光遮擋，分別在兩組光電接收器各產(chǎn)生一個電脈沖，將此電脈沖分別放大、濾波，轉(zhuǎn)換為TTL電平，再按常規(guī)技術(shù)進行邏輯組合，去觸發(fā)高速脈沖計數(shù)器，第一個電脈沖啟動計數(shù)器，第二個電脈沖停止計數(shù)器；由于兩個光幕之間有一定距離，所產(chǎn)生的兩個電脈沖必有一定的時間間隔，由計數(shù)器中的脈沖數(shù)可以算出這個時間間隔，根據(jù)兩光幕間的距離及所測得的電脈沖時間間隔、求得物體的飛行速度；最后利用數(shù)字顯示技術(shù)將測量結(jié)果以所需的形式自動顯示出來，并可以與計算機數(shù)據(jù)通信或者采用Flash技術(shù)將數(shù)據(jù)保存以備今后處理。
本發(fā)明的高速飛行物體激光測速儀如
圖1所示，其特征在于，它包括有輸出激光的激光器1，激光依次通過的光束整形器2、分束鏡3、反射鏡4、接受兩路光束的兩個聚焦透鏡5、兩個光電轉(zhuǎn)換器6，及與兩個光電轉(zhuǎn)換器分別形成電連接的兩個低噪聲放大器7、兩個電平轉(zhuǎn)換器8、由數(shù)字處理器10控制的邏輯分析器9、數(shù)字顯示器11，其光路和電路的信號傳輸為激光器1輸出激光，經(jīng)過光束整形器2整形后，被分束鏡3分為兩束光，再經(jīng)反射鏡4反射，兩光束分別形成兩道平行的光學光幕，然后經(jīng)透鏡5將光束分別匯聚于光電轉(zhuǎn)換器6，光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號分別經(jīng)過低噪聲放大器7和電平轉(zhuǎn)換器8達到TTL電平，再輸入到邏輯分析器9中對所得到的光脈沖信號進行邏輯分析和計時，由數(shù)字處理器10控制邏輯分析器9、并將所得到的計時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物體的飛行速度，通過數(shù)值顯示器11顯示測量結(jié)果。
用本發(fā)明的方法特別適用于小型高速飛行物體的速度測量。所設(shè)計的高速飛行物體激光測速儀具有體積小、重量輕、成本低、使用方便、易于維護等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種高速飛行物體激光測速方法，是由激光器發(fā)射激光，經(jīng)過光路傳輸光束后，照射到運動物體上，經(jīng)過光傳輸、由光電轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換后的電信號送入低噪聲放大器，再由數(shù)字處理器進行分析并將所得到的計時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物體的飛行速度，通過顯示器顯示測量結(jié)果，本發(fā)明的特征在于，利用激光器輸出激光，經(jīng)過光學整形器整形為在豎直方向展寬、水平方向壓縮的極薄的激光光束，分別由兩個反射鏡反射形成兩道激光屏幕，當小型高速飛行物體先后通過這兩道光幕時，根據(jù)常規(guī)技術(shù)進行光遮擋，分別在兩組光電接收器各產(chǎn)生一個電脈沖，將此電脈沖分別放大、濾波，轉(zhuǎn)換為TTL電平，再按常規(guī)技術(shù)分別完成進行邏輯組合、去觸發(fā)高速脈沖計數(shù)器、由計數(shù)器中的脈沖數(shù)算出時間間隔、根據(jù)兩光幕間的距離及所測得的電脈沖時間間隔、求得物體的飛行速度步驟，最后利用數(shù)字顯示技術(shù)將測量結(jié)果以所需的形式自動顯示出。
2.一種高速飛行物體激光測速儀，其特征在于，它包括有輸出激光的激光器(1)，激光依次通過的光束整形器(2)、分束鏡(3)、反射鏡(4)、接受兩路光束的兩個聚焦透鏡(5)、兩個光電轉(zhuǎn)換器(6)，及與兩個光電接收器分別形成電連接的兩個低噪聲放大器(7)、兩個電平轉(zhuǎn)換器(8)、由數(shù)字處理器(10)控制的邏輯分析器(9)、、數(shù)字顯示器(11)，其光路和電路的信號傳輸為激光器(1)輸出激光，經(jīng)過光束整形器(2)整形后，被分束鏡(3)分為兩束光，再經(jīng)反射鏡(4)反射，兩光束分別形成兩道平行的光學光幕，然后經(jīng)透鏡(5)將光束分別匯聚于光電轉(zhuǎn)換器(6)，光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號分別經(jīng)過低噪聲放大器(7)和電平轉(zhuǎn)換器(8)達到TTL電平，再輸入到邏輯分析器(9)中對所得到的光脈沖信號進行邏輯分析和計時，由數(shù)字處理器(10)控制邏輯分析器(9)、并將所得到的計時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物體的飛行速度，通過數(shù)值顯示器(11)顯示測量結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速飛行物體激光測速儀，其特征在于，光束整形器(2)包括分別在水平方向上進行壓縮和在豎直方向上進行擴展、使光束形成薄薄的一層光學屏幕的水平光束截面壓縮器和豎直光束截面擴展器兩部分，反射形成兩道激光屏幕的分束鏡(3)為半透半反的分束鏡、而反射鏡(4)為全反鏡，兩組聚焦透鏡(5)及光電轉(zhuǎn)換器(6)均為豎直放置。
全文摘要
高速飛行物體激光測速方法及測速儀用于測量小型高速飛行物體的速度。本發(fā)明的特征在于，激光器輸出的激光，經(jīng)整形后形成激光光束，然后反射形成兩道激光屏幕，當小型高速飛行物體先后通過這兩道光幕時，產(chǎn)生電脈沖，并轉(zhuǎn)換為TTL電平，然后進行邏輯組合、觸發(fā)脈沖計數(shù)器、由脈沖數(shù)算出時間間隔、根據(jù)兩光幕間的距離及脈沖時間間隔、求得物體的飛行速度；包括有激光器(1)，光束整形器(2)、分束鏡(3)、反射鏡(4)、聚焦透鏡(5)、光電轉(zhuǎn)換器(6)，低噪聲放大器(7)、電平轉(zhuǎn)換器(8)、邏輯分析器(9)、數(shù)字處理器(10)、數(shù)字顯示器(11)；本發(fā)明的測速儀具有體積小、重量輕、成本低、使用方便、易于維護等優(yōu)點。
文檔編號G01P3/36GK1420359SQ0215667
公開日2003年5月28日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者李港, 白曉東, 陳檬 申請人:北京工業(yè)大學