ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ СУДНА

Устройство относится к области морского приборостроения и предназначено для использования в качестве измерителя относительной скорости и направления движения судна, а также в качестве измерителя скорости и направления течений для приповерхностных и глубоководных исследований.
Известны лазерные доплеровские измерители скорости с использованием призменных делителей лазерного пучка [1]. Их недостатком является чувствительность к разъюстировке призменного делителя или лазера, значительное влияние загрязнения защитного оптического окна, возможность использования только одномодовых лазеров с системой температурной стабилизации.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является двухканальный лазерный дифракционный измеритель скорости и направления течения [2], состоящий из лазерного доплеровского датчика, содержащего передающий оптический канал и двухканальный фотоприемный блок, и электронного блока. Передающий оптический канал состоит из источника излучения - полупроводникового лазерного модуля, светоделительной призмы и дифракционного расщепителя, состоящего из двух дифракционных решеток, расположенных на выходных гранях светоделительной призмы, а фотоприемный блок выполнен двухканальным и состоит из двух фотоприемных устройств, выходы которых соединены со входами электронного блока, который состоит из двух преобразователей доплеровского сигнала и вычислительного устройства.
Недостатком рассмотренного устройства является возможность измерения с заданной точностью относительной скорости судна только в ограниченном диапазоне углов между направлением движения судна и направлением течения (практически не более±15°). Кроме того требуется точная и трудоемкая юстировка лазерного датчика при установке в клинкете относительно корпуса судна.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерения, упрощение технологии юстировки лазерного датчика при установке в клинкете и упрощение конструкции. Эта задача решается за счет того, что передающий оптический канал выполнен трехканальным и содержит три источника излучения - полупроводниковых лазерных модуля, интегральный оптический модуль, состоящий из кольцевой призмы, по периметру которой расположены под углом 120° относительно друг друга три дифракционных решетки, и двух фокусирующих линз, кроме того в состав лазерного датчика дополнительно включен коммутатор напряжения питания лазерных модулей, вход которого соединен с электронным блоком, а выходы - с лазерными модулями.
Сущность устройства поясняется чертежом. Устройство состоит из лазерного датчика 1 и электронного блока 2. В состав датчика 1 входят три источника лазерного излучения - лазерные модули 3, 4 и 5, которые соединены с коммутатором напряжения питания 6, интегральный оптический модуль 7, состоящий из кольцевой призмы 8, по периметру которой расположены три дифракционных решетки 9 и две фокусирующие линзы 10 и 11, а также фотоприемное устройство 12. В состав электронного блока 2 входит преобразователь доплеровского сигнала 13, входы которого соединены с фотоприемным устройством 12, а выход соединен со входом вычислителя 14, второй вход вычислителя соединен с коммутатором напряжения питания 6.
Устройство работает следующим образом. Световые пучки лазерных модулей (3, 4, 5) проходят дифракционные решетки 9 и образуют в воде три протяженные интерференционные картины (решетки), расположенные в плоскости измерения под углом 120° друг к другу.
oпт
oпт
Учитывая, что основное влияние на формирование решетки оказывают нулевой и первые порядки дифракции и в меньшей степени третьи и пятые, можно для упрощения датчика отказаться от применения диафрагмы и теоретически определить оптимальные расстояния от лазерного датчика до точки измерения (L), в которых могут быть получены максимальные значения «сигнал/шум». Значения L определяются параметрами лазерного модуля и дифракционной решетки. Рассеянное оптическими неоднородностями при пересечении решеток лазерное излучение фокусируется с помощью линз 10 и 11 на фотоприемном устройстве 12, которое преобразует его в доплеровские сигналы, подаваемые на вход преобразователя доплеровского сигнала 13. Унифицированные частотные сигналы, пропорциональные измеряемым скоростям, с выхода преобразователя 13 подаются на вход вычислителя 14 для определения скорости и направления движения судна. Напряжение питания на лазерные модули 3, 4, 5 подается от коммутатора напряжения 6 последовательно на определенное время, что позволяет использовать только одно фотоприемное устройство 12 и один преобразователь доплеровского сигнала 13, что значительно упрощает конструкцию предлагаемого устройства. Управление коммутатором напряжения питания 6 осуществляется от вычислителя 14.
Предлагаемая полезная модель позволяет создать надежные малогабаритные лазерные измерители скорости, направления движения и пройденного пути для широкого класса судов, а также измерители скорости и направления приповерхностных и глубоководных течений.
Литература:
1. Ринкявичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков. МЭИ, 1990
2. Патент на полезную модель №106751 от 20.07.2011 г.