Оптический измеритель скорости
Изобретение относится к средствам измерения параметров движения контролируемого объекта и может быть использовано для измерения скорости движения аппаратов в космическом пространстве. Устройство для измерения скорости содержит установленный на борту движущегося объекта оптический датчик, включающий фокусирующие линзы, два фотоприемника и электронный блок, два входа которого связаны с выходами фотоприемников, согласно предложенному решению введены две зрительные трубы, фокусирующие линзы встроены в зрительные трубы, фотоприемники закреплены на концах зрительных труб, при этом зрительные трубы установлены на определенном расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси параллельны и перпендикулярны к направлению движения объекта, а в качестве источника света использован свет звезды. Технический результат - бесконтактное измерение линейной скорости движения космического аппарата. 1 ил.
Устройство относится к средствам измерения параметров движения контролируемого объекта и может быть использовано для измерения скорости движения аппаратов в космическом пространстве.
Известны устройства и способы измерения скорости линейного перемещения объекта по пат. РФ №№2169926 (1999), 2172960 (1999), 2322680 (2005), МПК G01P 3/64, №76717 (2008), МПК G01P 3/64. В них используются датчики положения, установленные вдоль траектории движения и различные схемы последовательной обработки сигналов.
Известные устройства не позволяют измерять параметры движения тела по инерции в космическом пространстве и свободного падения в гравитационном поле.
В качестве прототипа выбран двухканальный бортовой оптический измеритель скорости по пат. РФ №2124732, G01P 3/36, 1997, который предназначен для измерения скорости и пройденного расстояния различных транспортных средств (железнодорожного, метро, автомобильного и др.).
Измеритель содержит оптический датчик и электронный блок. Оптический датчик включает в себя излучатель, приемную линзу, два растровых анализатора и два фотоприемника, подключенных к двум входам электронного блока. Сигнал излучения, отраженный от твердой поверхности, направлен на оптически согласованную приемную линзу. Далее сигнал фокусируется линзами на растровых анализаторах, и промодулированное излучение попадает на фотоприемники. Электрические сигналы от фотоприемников подаются на входы электронного блока, в котором определяется значение скорости движения объекта.
Известное устройство обеспечивает возможность точной работы при вибрациях отражающей поверхности объекта, однако применимо только при наличии твердой отражающей поверхности.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в разработке бортового устройства для бесконтактного измерения линейной скорости движения космического аппарата.
Технический результат, проявляющийся при, решении поставленной задачи, состоит в практическом осуществлении измерения скорости космического аппарата при равномерном движении по инерции или ускоренном свободном падении в гравитационном поле.
Поставленная задача решена тем, что в устройство для измерения скорости, содержащее установленный на борту движущегося объекта оптический датчик, включающий фокусирующие линзы, два фотоприемника и электронный блок, два входа которого связаны с выходами фотоприемников, согласно заявляемому изобретению, введены две зрительные трубы, фокусирующие линзы встроены в зрительные трубы, фотоприемники закреплены на концах зрительных труб, при этом зрительные трубы установлены на определенном расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси параллельны и перпендикулярны к направлению движения объекта, а в качестве источника света использован свет звезды.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения с признаками прототипа и аналогов позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
Заявляемое устройство схематически представлено на рисунке, где
1 и 2 - зрительные трубы,
3 и 4 - фотодатчики,
5 - электронный блок,
6 - корпус движущегося объекта,
7 - внешний источник света.
Оптический измеритель скорости движения космического аппарата содержит две одинаковые зрительные трубы 1 и 2, установленные на фиксированном расстоянии L друг от друга так, что их оптические оси параллельны и перпендикулярны к направлению движения аппарата. Фотоприемники 3 и 4 установлены на концах труб 1 и 2 соответственно, а их выходы связаны со входами электронного блока 5. Фокусирующие линзы (не показаны) встроены в зрительные трубы 1 и 2. Измеритель установлен в корпусе 6 движущегося аппарата. Источником света является свет удаленной звезды 7.
Устройство работает следующим образом.
При движении космического аппарата зрительные трубы направлены на разные узкие участки звездного неба. С помощью встроенной оптики и щелевой маски трубы 1 и 2 формируют узкие параллельные направления поля зрения вдоль своих оптических осей. На больших расстояниях звезды для удаленного наблюдателя кажутся неподвижными и могут быть приняты в качестве системы отсчета при измерении скорости движения аппарата. Когда свет дальней звезды 7 попадает в поле зрения трубы 1, фотоприемник 3 формирует первый электрический импульс. Далее свет этой же звезды 7 попадает в поле зрения другой трубы 2 и фотоприемник 4 формирует второй электрический импульс. В электронном блоке 5 по фронтам (передним или задним) импульсов определяется длительность Δt задержки между ними. Скорость движения аппарата определяется как отношение фиксированного расстояния L между зрительными трубами к длительности задержки между импульсами, то есть за время перемещения аппарата на фиксированное расстояние из одной точки пространства в другую. Например, при расстоянии между зрительными трубами 1000 мм и измеренной Δt равной 10 мксек скорость на выбранном коротком отрезке траектории составляет 100 км/сек. При дальнейшем движении аппарата по мере попадания света следующих звезд в поле зрения труб 1 и 2 цикл измерения периодически повторяется и полученные данные запоминаются в электронном блоке. По этим данным можно судить о равномерном или ускоренном (замедленном) движении аппарата.
Предлагаемое устройство измерителя скорости обладает простой конструкцией и не требует больших затрат на изготовление, в связи с чем вполне соответствует критерию «промышленная применимость».
Устройство обеспечивает измерение абсолютной скорости движения аппарата в космическом пространстве с борта самого аппарата посредством использования в качестве системы отсчета звездное небо.
Устройство для измерения скорости, содержащее установленный на борту движущегося объекта оптический датчик, включающий фокусирующие линзы, два фотоприемника и электронный блок, два входа которого связаны с выходами фотоприемников, отличающееся тем, что в оптический датчик введены две зрительные трубы, фокусирующие линзы встроены в зрительные трубы, фотоприемники закреплены на концах зрительных труб, при этом зрительные трубы установлены на определенном расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси параллельны и перпендикулярны к направлению движения объекта, а в качестве источника света использован свет звезды.
