Лазерный измеритель вектора скорости

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать двумерные потоки жидкости, газа или перемещение твердой поверхности, определяя значение и направление вектора скорости. Излучение лазера 1 с помощью однополоеного оптического модулятора 2 и формирующей оптической системы 3 направляется в исследуемую область. Рассеянный свет собирается приемной оптической системой 4. С выхода фотоприемника 5 электрический доплеровский сигнал поступает в двухканальную систему 6 обработки, на двух выходах которой в реальном времени устанавливаются напряжения Uy и Uu, соответствующие двум измеряемым проекциям вектора скорости Блок 8 управления включен между выходами системы обработки и двумя X и Y входами устройства 7 визуального отображения информации, в качестве которого используется осциллограф. 1 ил. с S3 (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН .

А") 119) Ш) (51)5 С 01 Р 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПАЙ. :. 1 ьь) Э.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4438617/10 (22) 05«05 ° 88 (46) 30«03»91 ° Бюл, В 12 (7l) Институт теплофизики СО АН СССР (72):11,.Я Белоусов,: Ю,H.Дубнищев, . В Г,Меледин и. В,А»Павлов (5 3) 532 «574 (088» 8) (56) Коронкевич. В,JI,, Соболев В, С,, Дубнищев.Ю Н, Лазерная интерферометрия. Новосибирск: Наука, 1983, .с«43 °

Дубнищев: Ю»Н», Ринкевичюс: Б» С»

Методы лазерной доплеровской анема метрии,: М,: . Наука, 1982, с, 223-226.. (54) ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЪ ВЕКТОРА

СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к конт-. рольно измерительной технике и позволяет иссцедовать двумерные потоки жидкости, газа ипи перемещение тверь

2 дой поверхности, определяя значение и направление вектора скорости, Излучение лазера 1 с помощью однополос ного оптического модулятора 2 и формирующей оптической системы 3 направляется в исследуемую область, Рас сеянный свет собирается приемной оп тической системой - 4, С выхода фотоприемника 5 электрический доплеров ский сигнал поступает в двухканальную систему 6 обработки, на двух выходах которой в реальном времени устанавливаются напряжения Uy и U соответствуюшие двум измеряемым про екциям вектора скорости, Блок 8 уп равления включен между выходами сНс темы обработки и двумя Х и Y входами В устройства 7 визуального отображения ур информации, в качестве которого ис пользуется осциллограф. 1 ил

il 638625

Изобретение относится к конт

, рольно-измерительной технике и моЖет быть использовано для измерения скорости движения светорассеивающих поверхностей, потоков жидкостей и газов»

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет визуализации в реальном масштабе времени двумерного вектора измеряемой скорости в полярной системе координат на экране устройства Ьтображения».

На чертеже представлена функциональная схема лазерного измерителя вектора скорости, Лазерный измеритель вектора ско рости содержит лазер 1, однополосный оптический модулятор (ООМ) 2, 20 снабженный источником модулирующего сигнала, формирующую омическую систе му (ФОС) 3, приемную оптическую сис» тему (ПОС) 4, фотоприемник 5, двух канальную систему 6 обработки допле-, 25 ровского (СОДС) сигнала с двумя вы» ходами U> и U, устройство 7 отображения визуальной информации, выпол ненное в виде осциллографа с Х и Y входами, двухканальный блок 8 управ 30 ления, входы которого подключены к выходам UII и 0 СОДС, а выходы со ответственно к Х и Y входам осцилло графа, Блок управления включает двухка» нальный источник 9 опорного напряже ния (ИОН), первый и второй дифферен циальные усилители 10 и 11, коммути руемые зарядные накопители 12 и 13 и управлякший их работой генератор 14 40 импульсов, буферные усилители 15-18, подстроечные резисторы 19 и 20.

В состав каждого зарядного накопителя входит RC-цепочка, содержащая в первом канале блока управления ре зистор 21 и конденсатор 22, а во вто ром канале резистор 23 и конденса тор 24»

Лазерный измеритель вектора ско рости работает следующим образом, Излучение лазера 1 проходит через

00M.2, приобретая известный сдвиг по частоте, задаваемый источником моду лирующего сигнала, и попадает в @ОС 3, которая формирует в исследуемом пото» ке зондирующее оптическое поле с из вестной узкополосной пространственно частотной структурой, Это поле пере секается малыми светорассеивающими ча с тицам и, вз веше нными в по т ок е или образующими поверхность тела. Рассеян" ное частицами световое излучение собирается ПОС 4, попадает на фотоприемник 5, который преобразует это излучение в фототок, Сигнал с выхода фотоприемника 5 подается на вход двухканальной системы 6 обработки. На аналоговых выходах Х и Y измерительных каналов двухканальной системы обработки появляются аналоговые налря» жения, пропорциональные ортогональным проекциям V, V вектора скорости исследуемого потока

Визуализация двумерного вектора скорости в полярной системе координат осуществляется следующим образом, Тактовый reнератор непрерывно вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с длительностью с и периодом:Т, Аналоговые ключи в зарядных накопителях 12 и 13 замыкаются в моменты существования тактовых импульсов При этом емкости 22 и 24 разряжаются соответственно через резисторы 21 и 23, Напряжения на обоих входах дифференциальных усилителей

10 и 11 становятся одинаковыми и равными напряжениям U è U на выхоI дах ИОН 9, соответственно усиленным по мощности буферными усилителями 16 и 17» Напряжения на Х и Y входах осциллографа 7 в этот момент равно нулю и луч осциллографа находится в начале координат экрана: в точке, соответствующей началу синтезируемо

ro изображения вектора скорости, I

Как только тактовый генератор 14 прекращает вырабатывать импульсы, аналоговые ключи размыкаются, При этом потенциалы вторык (инверсных) входов дифференциальных усилителей

10 и 11 не изменяются, Изменение по тенциала на первых входах объясняется зарядкой емкостей 22 и 24 через резисторы 21 и 23 соответственно При этом на выходах дифференциальных усилителей 10 и 11 синхронно появ» ляются напряжения, которые подводят ся к Х и 7 входам осциллографа 7 и вызывают перемещение луча по экрану, Если длительность и период следования импульса генератора удовлетно» ряют условию (Т- <) O R

1638625

50 и 3 об р ет е ни я

: 1 ° Лазерный измеритель вектора скорости, содержащий последовательно расположенные и оптически согласован 55 концу синтезируемого иэображения вектора скорости, Изображение вектора будет линейным, если постоянные времени заряд ных цепей R

5 выми, С этой целью резисторы Rg (19) и R < (20) выполнены подстроечными, Период Т тактовых импульсов генератора 20 должен по крайней мере превышать максимальную частоту пульсаций аналоговых напряжений на выходах системы 6 обработки, Выходные напряжения ИОН регулируются при настройке для компенсации ненулевых постоянных напряжений на аналоговых выходах системы 6 обработки, если последняя работает в рщ<име ненулеВоН промежутной частоты °

Компенсация осуществляется таким образом, чтобы нулевому вектору скорости потока соответствовало синтезируемое изображение точки на экране осциллографа: 7» В случае, если система 6 обработки работает с нулевой промежуточной частотой и нулю скорости потока соответствуют нулевые напряжения на аналоговых выходах Х и Y каналов системы 6 обработки (четырехквадратный режим), потенциалы 30 U д и Uz на выходах ИОН 9 устанавливают равными нулю, Буферные усилители 9 12 служат для согласования выходов СОДС 6 и накопителей 12 и

13»

Для обеспечения линейности синтезируемого иэображения вектора скорости должны быть выполнены условия:

К С = К С при t = Т;

R4.C < при t = <. ° и

При С4 = С эти условия легко вы»

2 полняются путем подстройки резистора 19 ипи 20, Выполнение дополнительного Усло вия Ry + R4 (4 Rq + Rg приводит к т 45 му, что в центре экрана, наряду с изображенйем стрелки с более ярким концом, синтезируется изображение точки, соответствующей началу коор динат, Фо рмул а ные лазер, однополосный оптический модулятор, формирующую оптиче скую систему, приемную оптическую систему, фотоприемник, к выходу которого под» ключена двухканальная система обработки доплеровского сигнала с двумя выходами, гетерсди нный вход которой подсоединен к однополосному оптическому модулятору, и устройство отображения визуальной информации, выполненное в виде осциллографа, о т л и ч а ющий ся тем, что, сцелью расширения эксплуатационных возможностей за счет визуализации вектора скорости, в измеритель дополнительно введен двухканальный блок управления, входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам двухканальной системы обработки доплеpoBcKoFo сигнала, а выходы подключены соответственно к Х и Y входам осциллографа, :2 ° Измеритель по:п,1, о т л ич а ю шийся тем, что двухканальный блок управления содержит двух канальный источник опорного напряжения, первый и второй дифференциаль» ные усилители, выходы которых являют ся выходами блока управления, первый и второй коммутируемые зарядные на копители, каждый из которых содержит параллельную RC-цепь с управляемым коммутатором, включенным последова тельно с резистором цепи, четыре буферных усилителя, два подстроечных резистора, генератор импульсов, при чем входы блока управления подключены через последовательно соединенные буферный усилитель и подстроечный ре зи стор к первым входам соо т в ет ст вен но первого и второго дифференциальных усилителей, вторые входы которых выполнены инверс щми и подключены соответственно к первому и второму выходам двухканального источника опорного напряжения через буферные усилители, при этом первый и второй коммутируемые зарядные накопители включены параллельно между двумя входами соответственно первого и второго диФференциальных усилителей, а выход генератора импульсов соединен с управляющими входами коммутаторов каждого из зарядных накопителей °