[發(fā)明專利]用于確定物體的速度分量的設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980062124.3
• 申請(qǐng)日: 2019-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN112997084A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丹尼爾·諾博爾;亞瑟·艾什;保羅·派寧;托比亞斯·舍林恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾爾普洛菲爾有限公司
• 主分類號(hào): G01P5/26
• 分類號(hào): G01P5/26;G01S17/58;G01P3/36;G01D5/353
• 代理公司: 北京瀚仁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫(kù)

本發(fā)明涉及一種用于確定物體的速度分量的設(shè)備，該物體相對(duì)于該設(shè)備在測(cè)量距離處的檢測(cè)區(qū)域中移動(dòng)并反射源自光源的光，其中該物體產(chǎn)生從檢測(cè)區(qū)域發(fā)出的反射光。為此，該設(shè)備包括物鏡、調(diào)制器、接收光學(xué)單元和光檢測(cè)器，其中物鏡檢測(cè)由物體在檢測(cè)區(qū)域中產(chǎn)生的反射光并將所述光成像到調(diào)制器上，調(diào)制器將反射光調(diào)制為一系列光信號(hào)，接收光學(xué)單元將調(diào)制器產(chǎn)生的一系列光信號(hào)成像到光檢測(cè)器上，光檢測(cè)器將所述一系列光信號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列電子信號(hào)。另外，該設(shè)備包括接口，該接口將光檢測(cè)器產(chǎn)生的一系列電子信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至評(píng)估單元。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于確定物體的速度分量的設(shè)備，該物體在相對(duì)于該設(shè)備處于一定距離處的檢測(cè)區(qū)域中移動(dòng)并反射源自光源的光，其中該物體產(chǎn)生從檢測(cè)區(qū)域發(fā)出的反射光。

背景技術(shù)

在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，物體速度的檢測(cè)是必要或期望的，例如車輛或人的速度、液體的流速或地面以上特定高度處的風(fēng)速。

在測(cè)量風(fēng)速的領(lǐng)域中，經(jīng)常使用杯形風(fēng)速計(jì)。杯形風(fēng)速計(jì)由在豎直旋轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)或四個(gè)半球形杯組成。它根據(jù)電阻原理產(chǎn)生電信號(hào)，并根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算風(fēng)速。附加的風(fēng)向標(biāo)用于確定風(fēng)向。

已經(jīng)開發(fā)出用于測(cè)量風(fēng)速的所謂的光檢測(cè)和測(cè)距(LiDAR，也即激光雷達(dá))系統(tǒng)。激光器發(fā)射的光在氣流中的空氣顆粒(氣溶膠)處反射，并由測(cè)量設(shè)備接收和評(píng)估。頻率分析用于確定氣溶膠的速度，從而確定風(fēng)的速度。這些儀器的精度僅在某些物理假設(shè)下才是足夠的，并且必須通過(guò)與參考測(cè)量桿進(jìn)行定期比較測(cè)量來(lái)驗(yàn)證。另一個(gè)因素是，傳統(tǒng)的LiDAR系統(tǒng)不適于檢測(cè)橫向速度分量。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)開發(fā)出利用縱向多普勒效應(yīng)的LiDAR系統(tǒng)。為了確定橫向速度分量，將激光器相對(duì)于其豎直軸線傾斜大約15°，并將其圍繞該軸線旋轉(zhuǎn)。因此，激光束繪出了一個(gè)測(cè)量錐，該測(cè)量錐用于測(cè)量相對(duì)于激光束的風(fēng)速的縱向分量，并由此計(jì)算水平風(fēng)速的平均值。然而，這里的問(wèn)題是，隨著高度的增加，測(cè)量錐的直徑變得越來(lái)越大。另一個(gè)因素是，在高度結(jié)構(gòu)化的地形(包括丘陵、林地、山谷和建筑物)中的測(cè)量不夠準(zhǔn)確。

EP2062058A1提出了一種具有高空間分辨率的用于測(cè)量橫向速度分量的設(shè)備，該設(shè)備旨在針對(duì)多達(dá)500m的距離而設(shè)置。在檢測(cè)區(qū)域的方向上發(fā)射準(zhǔn)直過(guò)的激光束，其中調(diào)制器的光柵結(jié)構(gòu)被投影到檢測(cè)區(qū)域中。該設(shè)備將物體(例如空氣顆粒)在檢測(cè)區(qū)域中經(jīng)過(guò)投影的光柵結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)為周期性的明暗信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)的頻率來(lái)計(jì)算風(fēng)速的橫向分量。

這里的缺點(diǎn)是調(diào)制器吸收了大部分激光功率，結(jié)果必須使用適當(dāng)功率的激光。此外，為了檢測(cè)橫向速度的兩個(gè)分量，需要兩次測(cè)量，其中調(diào)制器必須旋轉(zhuǎn)90°。此外，該設(shè)備僅提供了有限的參數(shù)化可能性，結(jié)果使得對(duì)不同測(cè)量距離的可調(diào)性更加困難并且測(cè)量精度受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題

本發(fā)明解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些和另外的缺點(diǎn)，并提供一種用于確定物體的速度分量的設(shè)備，該設(shè)備使用簡(jiǎn)單的方式以成本有效的方式構(gòu)造，并且能夠?qū)ξ矬w速度、特別是高空風(fēng)速進(jìn)行高效且經(jīng)濟(jì)的測(cè)量。此外，力求適合于相應(yīng)的應(yīng)用的高空間分辨率以及高測(cè)量精度。

本發(fā)明的問(wèn)題解決方案

本發(fā)明的主要特征在權(quán)利要求1中給出。權(quán)利要求2至15涉及構(gòu)造。

根據(jù)本發(fā)明的解決方案提供了一種用于確定物體的速度分量、特別是橫向速度分量的設(shè)備，該物體在相對(duì)于該設(shè)備處于測(cè)量距離處的檢測(cè)區(qū)域中移動(dòng)并反射源自光源的光，其中該物體產(chǎn)生從檢測(cè)區(qū)域發(fā)出的反射光，

該設(shè)備包括透鏡、調(diào)制器、接收光學(xué)單元和光檢測(cè)器，

其中透鏡捕獲由物體在檢測(cè)區(qū)域中產(chǎn)生的反射光并將反射光成像到調(diào)制器上，

其中調(diào)制器將反射光調(diào)制為一系列光信號(hào)，

其中接收光學(xué)單元將調(diào)制器產(chǎn)生的一系列光信號(hào)成像到光檢測(cè)器上，并且