Устройство для дистанционного измерения скорости ветра
Техническое решение относится к метрологии, измерению параметров скорости воздушных потоков. Устройство содержит акустооптический модулятор (АОМ), в котором происходит сдвиг частоты лазерного излучения на фиксированную величину. Цель технического решения возможность измерения направления вектора скорости и получение полной картины распределения ветровых потоков в атмосфере. 1 ил.
Техническое решение относится к метрологии, измерению параметров скорости воздушных потоков.
Известно устройство, описанное в патенте US7391506 от 24.06.2008 «Лазерный радар и способ работы». В патенте описан ветровой лидар основанный на передатчике, который формирует фокальный объем в определенной точке и приемнике обратно рассеянного излучения от распределенного по трассе аэрозоля. В заявленном устройстве присутствует вычислительный комплекс для расчета параметров ветра по измеренным значениям. Вычисления производятся путем аппроксимации полученных данных известной функцией. Для учета влияния облаков предусмотрена нормализация на предварительно измеренную скорость облаков на стадии вычисления доплеровского сдвига. Основной недостаток изобретения это измерении знака реального вектора скорости ветра, что при измерении состояния атмосферных потоков может дать ложные сведения о наличии или отсутствии таких опасных явлении как сдвиг ветра.
Чтобы избежать подобных ошибок была разработано устройство для дистанционного измерения скорости ветра. Для этого устройство было дополнено элементом позволяющим смещать частоту зондирующего излучения, относительно частоты локального гетеродина. Производя последовательно измерения со смещением и без смещения частоты можно определить скорость и знак направления вектора скорости ветра.
Цель технического решения возможность измерения направления вектора скорости и получение полной картины распределения ветровых потоков в атмосфере.
Задачами предлагаемого технического решения является точное измерение скорости и направления воздушных потоков на высотах до нескольких сот метров.
Работа заявляемого устройства заключается в следующем (см. фиг.1), непрерывное излучение лазера поступает на вход волоконного делителя (1), с помощью которого, часть излучения направляется в канал формирования опорного излучения. Другая часть направляется в канал усиления зондирующего излучения. Излучение, которое после делителя направляется в канал усиление зондирующего излучения, поступает на оптический переключатель (OS). Оптический переключатель предназначен для обеспечения двух режимов измерения скорости ветра, с измерением знака и без измерения. По управляющему сигналу от компьютера, излучение направляется на один из двух выходов модулятора, в режиме измерения «без знака» излучение направляется на вход сумматора (2), выход которого подключен ко входу волоконного усилителя (EDFA), который увеличивает выходную мощность доплеровского лидара непрерывного действия до определенного уровня. Усиленное излучение направляется на оптоволоконный циркулятор (4), который является разделителем приемного и передающего тракта, с помощью приемопередающего телескопа направляется в атмосферу.
Рассеянное атмосферой излучение, приходящее из циркулятора (4) поступает на вход сумматора (3), который складывает излучение локального гетеродина и сигнального излучения. В случае измерения «со знаком», излучение переключается на выход модулятора, который направляет его на вход акустооптического модулятора (АОМ), в котором происходит сдвиг частоты лазерного излучения на фиксированную величину. Выход акустооптического модулятора, подключен ко входу сумматора (2), выход которого подключен ко входу волоконного усилителя (EDFA).
Излучение, рассеянное на естественном аэрозоле, который движется вместе с воздушными массами, вследствие эффекта Доплера имеет соответствующий частотный сдвиг, который однозначно связан со скоростью воздушного потока. Это излучение собирается телескопом и поступает на циркулятор, который направляет его на сумматор (3) складывающий это излучение с излучением локального осциллятора.
Проведенные экспериментальные исследования ветровых потоков с помощью предлагаемого технического устройства для дистанционного измерения скорости ветра показали приемлемую точность измерения скорости и направления, а также эффективность использования в местах непригодных для установки локальных измерителей скорости ветра.
Устройство для дистанционного измерения скорости ветра, включающее в себя волоконный делитель, канал формирования опорного излучения, канал усиления зондирующего излучения, оптический переключатель, модуляторы, сумматоры, волоконный усилитель, доплеровский лидар непрерывного действия, оптоволоконный циркулятор, приемопередающий телескоп, отличающееся тем, что оно дополнительно укомплектовано акустооптическим модулятором, в котором происходит сдвиг частоты лазерного излучения на фиксированную величину.
