Устройство для измерения скорости водных потоков
Устройство для измерения скорости водных потоков относится к морскому приборостроению и может быть использовано в качестве относительного лага и измерителя скорости течений для приповерхностных и глубоководных исследований.
Устройство выполнено в виде герметичного корпуса с защитным окном, внутри которого размещены полупроводниковый лазерный источник излучения, фотодиод, предварительный усилитель и преобразователь доплеровского сигнала. Фотодиод и источник излучения оптически согласуются через единый интегральный модуль, состоящий из отклоняющей призмы, на входной грани которой расположена дифракционная решетка и фокусирующий объектив, что упрощает и удешевляет устройство.
1 илл.
Устройство относится к области морского приборостроения и предназначено для использования в качестве относительного лага и измерителя скорости течений для приповерхностных и глубоководных исследований.
Известны лазерные доплеровские измерители скорости водных потоков с использованием призменных делителей лазерного пучка [Б.С. Ринкявичюс «Лазерная диагностика потоков», МЭИ, 1990]. 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 устройство для измерения скорости водных потоков с дифракционно-оптическим делением лазерного пучка [Применение дифракционных решеток в лазерной доплеровской анемометрии. Technisches Messen, 61.1994 7/8, стр.311-316], содержащее герметичный корпус с защитным окном, в котором размещены полупроводниковый лазерный источник излучения, передающий оптический блок, приемный оптический блок, фотодиод и предварительный усилитель, выход которого соединен со входом преобразователя доплеровского сигнала. Передающий блок в известном устройстве содержит дифракционную решетку, две линзы и пространственный фильтр, образующие телецентрическую оптическую систему. Приемный оптический блок состоит из фокусирующего объектива и диафрагмы.
Недостатком рассмотренного устройства для измерения скорости водных потоков является сложность конструкции, обусловленная относительно большим количеством оптических элементов и котировочных устройств и, соответственно, достаточно высокая стоимость.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание простого, надежного в тяжелых условиях эксплуатации и дешевого лазерного измерителя скорости водных потоков.
Эта задача решается за счет того, что в устройстве, состоящем из защитного окна, оптически согласованных полупроводникового лазерного источника излучения, приемного и передающего оптических блоков, диафрагмы, фотодиода и предварительного усилителя, выход которого соединен с входом преобразователя доплеровского сигнала, приемный и передающий оптические блоки совмещены и выполнены в виде единого интегрального модуля, состоящего из отклоняющей призмы и. расположенных на ее входной грани дифракционной решетки и фокусирующего объектива.
Сущность устройства поясняется чертежом. Устройство состоит из полупроводникового лазерного источника излучения 2, дифракционной решетки 3, отклоняющей призмы 4, фокусирующего объектива 5, диафрагмы 6, фотодиода 7, предварительного усилителя 8 и преобразователя доплеровского сигнала 9, расположенных в герметичном корпусе 10 с защитным окном 1.
Устройство работает следующим образом. Световой пучок лазерного источника излучения 2 попадает на дифракционную решетку 3, на выходе решетки в результате дифракции получается семейство порядков дифракции, которые, отклоняясь от наклонной грани призмы 4, пересекаются на выходе призмы в воде, образуя протяженную пространственную интерференционную картину (решетку). Учитывая, что основное влияние на формирование решетки оказывают первые порядки дифракции и в меньшей степени третьи и пятые порядки, экспериментально могут быть определены оптимальные расстояния от лазерного источника излучения 2 до точки измерения скорости (Lопт), в которых могут быть получены максимальные значения «сигнал/шум». Значения Lопт определяются параметрами лазерного источника излучения и дифракционной решетки. Рассеянное оптическими неоднородностями при пересечении решетки в воде лазерное излучение фокусируется объективом 5 на фотодиоде 7. Фотодиод 7 преобразует излучение в доплеровский сигнал, который усиливается в предварительном усилителе 8 и преобразуется в значение скорости в преобразователе доплеровского сигнала 9.
Предлагаемая полезная модель позволяет создать дешевые миниатюрные лазерные датчики скорости водных потоков широкого применения.
Устройство для измерения скорости водных потоков, содержащее герметичный корпус с защитным окном, в котором размещены оптически согласованные полупроводниковый лазерный источник излучения, приемный и передающий оптические блоки, фотодиод и предварительный усилитель, выход которого соединен со входом преобразователя доплеровского сигнала, отличающееся тем, что приемный и передающий оптические блоки совмещены и выполнены в виде единого интегрального модуля, состоящего из отклоняющей призмы и расположенных на ее входной грани дифракционной решетки и фокусирующего объектива.
