使用光线干涉仪的速度测量方法及装置

摘要

本发明是一种使用光线干涉仪的速度测量方法及装置。本装置的光干涉仪由封闭腔体、中空腔体2部分组成，中空腔体的光线传播方向和物体的运动方向互相平行，光线在中空腔体中产生光程差。将装置安装在测量物体上，光程差和物体的运动速度有比例关系。将光线接收装置安装在干涉屏上，测量出光程差的大小。用微处理器进行编程逻辑运算，反向计算出物体的运动速度。用3个这样装置组成xyz三维直角坐标系，可测量物体在x轴、y轴、z轴方向的运动速度。本装置可作为导航仪使用，用于飞船、飞机、火箭、导弹、轮船、汽车、火车上，测量它们的运动速度。

说明书

技术领域

本公开发明是一种使用光线干涉仪的速度测量方法及装置，属于电学技术领域。

背景技术

本发明装置的工作原理是利用光线干涉仪产生光程差，根据仪器的运动速度和光线干涉仪的光程差有正比的关系，以及根据光程差和干涉条纹的移动数量成正比关系。用光线接收装置测量干涉条纹的移动数量，反馈到微处理器计算出光程差，反向推算出仪器的运动速度。将仪器和测量物体安装固定在一起，就可以测量出物体的运动速度。本装置和测量的物体之间没有机械传动，无摩擦、无损耗，可大大的提高测量运动物体速度的精度。

发明内容

本公开发明使用光线发射装置、分光镜、反光镜、封闭腔体、中空腔体、干涉屏、光线接收装置、微处理器、电源，将分光镜、反光镜、封闭腔体、中空腔体组成萨格纳克环形光路，在干涉屏上安装光线接收装置。

把装置安装固定到测量的物体上，使中空腔体7的光线传播方向和物体的运动方向互相平行。

本公开发明所采用的技术方案是：

用分光镜2、反射镜3、反射镜4、反射镜5、封闭腔体6、中空腔体7组成萨格纳克环形光路。

光线发射装置1发射固定频率为f、波长为λ的激光，由分光镜2分为2路光线，光路a从分光镜2、反射镜5、反射镜4、反射镜3、分光镜2、干涉屏8传播；光路b从分光镜2、反射镜3、反射镜4、反射镜5、分光镜2、干涉屏8传播。2路光线在中空腔体7产生光程差。

中空腔体7中的光线传播方向和物体的运动方向10互相平行。中空腔体7的长度为L，光线在中空腔体7的介质内的传播速度为c，物体的运动速度为v。

光路a在中空腔体的传播时间t₁为：

光路b在中空腔体的传播时间t₂为：

 光路a、光路b的光程差ξ为：

光路a、光路b的光程差在干涉屏上产生明、暗干涉条纹，用干涉屏上的光线接收装置测量干涉条纹的光强变化，将明、暗光信号转变为电信号输出。当光线接收装置上出现明条纹时，输出电信号为1；当光线接收装置上出现暗条纹时，输出电信号为0。光线接收装置上每出现一条明条纹，记为移动1个条纹，光线接收装置就输出一次电信号1，反馈到微处理器累加光线接收装置输出的电信号，就可以计算出干涉条纹的移动数量。光线接收装置输出了N个为1的电信号，说明干涉屏上移动了N条明条纹。光线波长为λ，干涉屏上接收的光程差为：

根据等式：

解方程得：

微处理器根据公式、参数进行编程逻辑运算，就可以计算出物体的运动速度，反馈到显示器，显示运算结果。

用3个这样的装置组成xyz三维直角坐标系，用微处理器进行逻辑运算，就可以测量出物体在立体空间的x轴、y轴、z轴的运动方向及运动速度。

将本装置安装在旋转的物体上，使中空腔体的光线传播方向和旋转物体的旋转方向互相平行，就可以测量出测量点的旋转线速度v。若测量点和旋转物体的中心距离为R，根据公式：

就可以计算出旋转物体的旋转角速度ω。

附图说明：

图1是本装置实施的平面示意图。

图2是本装置实施的另一个实施例的平面示意图。

图中：光线发射装置1、分光镜2、反光镜3、反光镜4、反光镜5、封闭腔体6、中空腔体7、干涉屏8、光线接收装置9、物体运动方向10。

具体实施方式：

参见附图1，将装置安装在测量的物体上，中空腔体7的光线传播方向和测量的物体的运动方向10互相平行。

测量中空腔体7的长度，记为L，输入微处理器保存。

将中空腔体7的介质光速c、光线波长λ输入微处理器保存。

对微处理器根据公式进行编程，将长度L、光速c、波长λ输入程序内，微处理器根据测量的干涉条纹移动数量N进行计算。

当物体静止时，干涉屏8上出现的是明条纹，光线接收装置9输出电信号1到微处理器，微处理器开始计数待命状态。

当物体运动时，干涉屏8上出现明、暗干涉条纹。根据运动速度的大小，干涉条纹产生明、暗变化移动。当光线接收装置9上出现暗条纹时，输出电信号“0”反馈到微处理器，当光线接收装置9上出现明条纹时，输出电信号“1”反馈到微处理器， 微处理器累加计数电信号“1”的数量。微处理器累加光线接收装置的输出电信号“N”，进行编程运算，计算出物体的运动速度，反馈到显示器显示计算结果。

在图2的另一个实施例中，中空腔体7是一个敞开的空腔，腔内和腔外的介质可自由的流通、交换。在此，光程差计算时，就要使用装置周围介质的光速，微处理器根据公式、参数进行编程运算，计算出物体的运动速度。