Голограммный баллистический гравиметр

Авторы патента:

G01V7/14 - путем измерения времени свободного падения

G01P3/36 - приборы, выполняющие измерения с помощью оптических средств, т.е. инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей (G01P 3/68 имеет преимущество; гирометры, использующие эффект Саньяка, т.е. смещения, наведенные вращением вращающихся в противоположных направлениях электромагнитных пучков G01C 19/64)

Владельцы патента RU 2617702:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) (RU)

Голограммный баллистический гравиметр, содержащий вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела, первую голограмму, закрепленную на пробном теле, источник монохроматического излучения, систему коллимации, фотоприемник, электронное устройство синхронизации и обработки сигналов. На пути луча света, прошедшего первую голограмму, установлена вторая голограмма, геометрически тождественная первой. Фотоприемное устройство установлено в области наложения пучков света, дифрагирующих на обеих голограммах. Технический результат заключается в уменьшении габаритов гравиметра. 2 ил.

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано в малогабаритной аппаратуре для измерений величины ускорения силы тяжести.

Известны устройства, относящиеся к области гравиметрических измерений (SU 170776, US 4992656 A, US 5815267 А) и содержащие, по меньшей мере, одну дифракционную решетку, для определения смещения пробного тела.

Прототипом изобретения является баллистический гравиметр (Патент РФ №2554596, опубликован 01.06.2015), содержащий вакуумную камеру, катапульту, пробное тело с закрепленной на нем голограммой, источник квазимонохроматического оптического излучения, оптический мультиплексор, фотоприемник, электронное устройство обработки выходных сигналов.

Недостатком указанного гравиметра является сложность и сравнительно большие размеры оптической системы наложения (мультиплексирования) опорного и дифрагирующего на голограмме пучков света.

Задачей изобретения является усовершенствование оптической системы мультиплексирования и упрощение оптико-механической конструкции гравиметра.

Техническим результатом, благодаря которому решается поставленная задача, является уменьшение габаритов гравиметра.

Данный технический результат достигается за счет применения в качестве мультиплексора второй голограммы, по геометрическим характеристикам идентичной первой и расположенной непосредственно за падающей голограммой. Благодаря такому взаимному положению голограмм, вторая голограмма выполняет функции компактного оптического мультиплексора, а фотоприемник располагается в области наложения пучков света, дифрагирующих на обеих голограммах.

Оптическая схема предложенного голограммного гравиметра приведена на фиг. 1. Здесь 1 - электромеханическое устройство сбрасывания, 2 - пробное тело, 3 - первая голограмма, закрепленная на пробном теле, 4 - источник квазимонохроматического оптического излучения, 5 - вторая голограмма, геометрически тождественная первой голограмме, 6 - электронное устройство синхронизации и обработки сигналов, 7 - диафрагма, 8 - фотоприемник.

Устройство работает следующим образом. В исходном, статическом состоянии голограмма 3 неподвижна и картина интерференции в области наложения дифрагирующих на голограммах пучков света также неподвижна, при этом мощность излучения, направляемого на фотоприемник 9, постоянна и сигнал биений на выходе фотоприемника отсутствует.

При свободном падении пробного тела приращение вертикальной составляющей скорости ΔV голограммы равно произведению величины g ускорения свободного падения на время движения Δt(ΔV=g⋅Δt). Сдвиг Δf частоты дифрагирующего на голограмме света равен ΔV/d, где d - период голографической решетки. Данный сдвиг частоты света обусловлен изменением во времени фазы световой волны, дифрагирующей на подвижной голографической дифракционной решетке. Благодаря взаимному расположению голограмм 3 и 5 неподвижная голограмма 5 выполняет функции мультиплексора, обеспечивая наложение и интерференцию взаимно-когерентных пучков света различной частоты. При этом фотоприемник 8 фиксирует низкочастотные биения на частоте Δf. Расчет абсолютной величины g ускорения свободного падения выполняется в аналогово-цифровом электронном устройстве, подключенном к фотоприемнику, и по данным изменения частоты Δf биений за время Δt определяется ускорение свободного падения пробного тела g=(Δf/Δt)⋅d.

На фиг. 2 поясняется идея использования голограммы в качестве оптического мультиплексора и показан ход лучей света, последовательно дифрагирующих на двух геометрически тождественных голограммах. Сплошная стрелка указывает направление падающего на голограмму пучка света, штриховая - направление дифрагирующего пучка. Ввиду конечной ширины падающего и дифрагирующего на голограмме пучков света в области их наложения эти пучки интерферируют и, при относительном движении голограмм, помещенный в эту область фотоприемник фиксирует биения света на частоте, пропорциональной скорости движения голограммы.

Преимущество предложенного устройства перед прототипом состоит в значительном упрощении оптической схемы голограммного гравиметра, что обеспечивается благодаря использованию в качестве мультиплексора второй голограммы. При этом достигается уменьшение габаритов гравиметра, упрощение технологии его сборки и юстировки и снижение общей стоимости прибора.

Голограммный баллистический гравиметр, содержащий вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела (катапульту), голограмму, закрепленную на пробном теле, источник монохроматического излучения, систему коллимации, фотоприемник, электронное устройство синхронизации и обработки сигналов, отличающийся тем, что на пути луча света, прошедшего голограмму, установлена вторая голограмма, геометрически тождественная первой, а фотоприемное устройство установлено в области наложения пучков света, дифрагирующих на обеих голограммах.

Похожие патенты:

Баллистический гравиметр // 2554596

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано для измерений абсолютных значений ускорения свободного падения. Баллистический гравиметр содержит вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела, источник излучения, фотоприёмник, устройство синхронизации и обработки сигнала.

Способ измерения ускорения свободного падения на подвижном объекте // 2544262

Изобретение относится к области гравиметрических измерений и касается способа определения абсолютного значения ускорения свободного падения. Измерения проводят баллистическим лазерным гравиметром с помощью нескольких непараллельных лазерных лучей, которые образуют плоскости в виде треугольников.

Способ измерения на подвижном основании абсолютного значения ускорения свободного падения и гравиметры для его осуществления // 2523108

Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано для измерения в морских условиях абсолютных значений ускорения свободного падения. Сущность: на корабле устанавливают абсолютный лазерный и относительный гравиметры.

Способ выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра и гравиметр для его осуществления // 2522116

Изобретение относится к области гравиметрии и касается способа выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра. Способ заключается в том, что проводят серию бросков пробного тела при различных наклонах платформы гравиметра, в каждом броске определяют ускорение свободного падения, находят минимальное значение ускорения в серии бросков и соответствующий ему наклон платформы, при этом наклоне фиксируют платформу.

Способ выставления вертикали лазерного луча в баллистическом гравиметре и устройство для его осуществления // 2498356

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к области гравиметрии, и предназначено для выставления вертикали лазерного луча в баллистическом гравиметре при проведении высокоточных абсолютных измерений силы тяжести или ее приращений.

Баллистический гравиметр с индукционно-динамическим приводом для симметричного способа измерений ускорения свободного падения // 2491581

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано для измерений абсолютных значений ускорения свободного падения. .

Абсолютный баллистический гравиметр // 2475786

Изобретение относится к области гравиметрии, а именно к средствам абсолютных измерений ускорения свободного падения (ускорения силы тяжести). .

Симметричный способ измерения абсолютного значения ускорения свободного падения // 2207601

Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано в баллистических лазерных гравиметрах для измерения абсолютных значений ускорения свободного падения (g).

Баллистический лазерный гравиметр // 2193786

Баллистический гравиметр для симметричного способа измерений // 2192024

Способ измерения полного вектора скорости в гидропотоках с помощью лазерного доплеровского анемометра (лда) // 2612202

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать кинематические характеристики гидропотоков. В заявленном способе измерения полного вектора скорости в гидропотоках с помощью лазерного доплеровского анемометра (далее - ЛДА) ЛДА и иммерсионный оптический контейнер располагают относительно друг друга так, что оптическая ось прибора ЛДА расположена под углом 90 градусов к фронтальной стенке иммерсионного оптического контейнера, согласно изобретению применяют несколько приборов ЛДА, излучающих суммарно 6 лазерных пучков с одинаковыми длинами волн.

Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения // 2607731

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения угловой скорости и линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство поглощения оптического излучения микро-опто-электромеханического трехосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения состоит из четырех скрещивающихся под прямым углом балок с квадратной боковой стороной, консольно закрепленных малыми гранями к центральной прокладке в зоне пересечения, каждая балка выполнена из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, содержит электрические контакты, расположенные с обоих торцов балки, и груз, закрепленный на ее свободном конце, чувствительный элемент содержит четырнадцать дополнительных устройств ориентации оптического излучения, при этом каждое из шестнадцати устройств ориентации оптического излучения расположено симметрично относительно геометрического центра скрещивающихся балок, параллельно длинным граням свободных концов четырех балок, прикреплено одной малой боковой гранью к центральной прокладке, а другой малой боковой гранью опирается на боковую прокладку, обеспечивающую зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения и консольно закрепленной балкой устройства поглощения оптического излучения, микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения дополнительно содержит четырнадцать каналов приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из четырнадцати дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, устройство управления, соединенное с блоком обработки информации и электрическими контактами скрещивающихся балок.

Способ определения характеристик срабатывания детонирующего устройства // 2590960

Способ определения характеристик срабатывания детонирующего устройства относится к измерительной технике и может быть использован для определения характеристик срабатывания детонирующих устройств, обеспечивающих инициирование зарядов взрывчатого вещества (ВВ), в частности определения момента инициирования детонирующим устройством заряда ВВ относительно момента подачи задействующего импульса.

Способ прецизионной обработки сигналов лазерного гироскопа // 2571437

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к гироскопии, и может быть использовано для прецизионного измерения угловых перемещений лазерного гироскопа.

Интерференционный измеритель угловой скорости и ускорения // 2564381

Изобретение относится к области оптических средств измерения угловой скорости и ускорения вращающихся объектов. Интерференционный измеритель угловой скорости и ускорения включает в себя источник излучения, кольцевой интерферометр, светоприемное устройство.

Способ компенсации световых потерь, вызванных сферическими аберрациями в системе с интерферометром фабри-перо // 2564071

Изобретение относится к измерителям смещений длины волны электромагнитного излучения интерферометрическим методом по допплеровскому смещению длины волны света, переданного по волокну, с использованием интерферометра Фабри-Перо и касается способа компенсации световых потерь.

Резонансный способ измерения частоты вращения объекта и устройство, реализующее этот способ // 2562149

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании таких средств измерения угловой скорости вращения объектов, как гироскопы.

Баллистический гравиметр // 2554596

Способ многоканального измерения смещения длины волны света с использованием интерферометра фабри-перо // 2549557

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа многоканального измерения смещения длины волны света. Измерения осуществляются с использованием интерферометра Фабри-Перо.

Способ определения угловой скорости // 2547888

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения угловой скорости. Для определения угловой скорости формируют два пучка когерентного оптического излучения.

Определение характеристики потока объекта, перемещаемого в элементе // 2622447

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам определения характеристик потока крови. Устройство содержит светоизлучающий блок, выполненный с возможностью излучения света в направлении элемента, блок регистрации света, выполненный с возможностью регистрации света, рассеянного обратно на элементе, оптический блок, выполненный с возможностью пространственного разделения участка элемента падения света элемента и участка элемента регистрации света элемента друг от друга, при этом оптический блок содержит элемент разделения светового пути, выполненный с возможностью разделения пути излучаемого света и пути обратно рассеянного света, и блок определения, выполненный с возможностью определения характеристики потока объекта на основе света, указывающего на излучаемый свет, и регистрируемого обратно рассеянного света. Способ осуществляется посредством работы устройства. Использование изобретений позволяет повысить чувствительность при измерении за счет улучшения отношения сигнал/шум. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.