Лазерный доплеровский измеритель скорости в двух точках потока

 

Изобретение относится к научному приборостроению и предназначено для исследования пространственной структуры турбулентных потоков в гидрои аэродинамике. Излучение лазера 1 длиной волны λ формируется в два зондирующих пучка блоком 2 и направляется в поток, где формируются две точки измерения скорости A и B с регулируемым расстоянием ΔХ между ними. Рассеянное излучение из точек A и B рекомбинирует на ультразвуковой волне модулятора 4 и собирается объективом 5 в плоскости полевой диафрагмы 6. В результате фотосмещения рассеянных волн электрический сигнал на выходе фотоприемника 7 содержит спектральную компоненту, частота которой пропорциональна (согласно эффекту Доплера) мгновенной разности проекций скоростей в двух точках потока (V<SB POS="POST">YA</SB> - V<SB POS="POST">YB</SB>), по которой определяются двухточечные коррекции скорости в турбулентном потоке. Ультразвуковой модулятор (УЗМ) используется в качестве согласующего устройства для световых волн, рассеянных из двух точек потока. УЗМ расположен на расстоянии R от зоны измерений, причем ΔХ @ R. Рабочую частоту модулятора F выбирают в зависимости от расстояния ΔХ из следующего соотношения: F = U<SB POS="POST">зв</SB> <SP POS="POST">.</SP>ΔХ/2<SP POS="POST">.</SP>N<SP POS="POST">.</SP>λ<SP POS="POST">.</SP>R, где U<SB POS="POST">зв</SB> - скорость звука в рабочей среде УЗМ

N -порядок максимума дифракции излучения в УЗМ, оптически согласованный с диафрагмой поля зрения. Целью изобретения является повышение точности измерения разности скоростей за счет увеличения эффективности фотосмещения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 P 3/36

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОГКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4694271/10 (22) 09,03.89 (46) 23.08.91, Бюл. М 31 (71) Московский энергетический институт (72) В.Ю.насонов и В.и.смирнов (53) 535.8:532.517 (088.8) (56) Ринкевичюс Б.С. и Смирнов В.И, Оптические доплеровские измерения пространственной структуры турбулентности. Труды

МЭИ, 1979, вып. 422, с. 9-16, Гуменник Е,В, и Смирнов В.И. Согласование рассеянных световых пучков доплеровского измерителя пространственной структуры турбулентности. Труды МЭИ, 1979, вып. 422. с, 21-25, (54) ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИ ТЕЛ Ь СКОРОСТИ В ДВУХ ТОЧ КАХ ПОТОКА (57) Изобретение относится к научному приборостроению и предназначено для исследования пространственной структуры турбулентных потоков в гидро- и аэродинамике. Излучение лазера 1 длиной волны il формируется в два зондирующих пучка блоком 2 и направляется в поток, где формируются две точки измерения скорости А и В с регулируемым расстоянием Л х между ними, Рассеянное излучение из точек А и В

Изобретение относится к научному приборостроению и предназначено для исследования пространственной структуры турбулентности и гидроаэродинамики.

Целью изобретения является повышение точности измерения разности скоростей в двух точках потока за счет повышения. Я2 1672374А1 рекомбинирует на ультразвуковой волне модулятора 4 и собирается объективом 5 в . плоскости полевой диафрагмы 6. В результате фотосмещения рассеянных волн электрический сигнал на выходе фотоприемника

7 содержит спектральную компоненту, частота которой пропорциональна (согласно эффекту Доплера) мгновенной разности проекций скоростей в двух точках потока (VyA - VyB), по которой оп ределяются двухточечные коррекции скорости в турбулентном потоке. Ультразвуковой модулятор(УЗМ) используется в качестве согласующего устройства для световых волн, рассеянных иэ двух точек потока. УЗМ расположен на расстоянии R от зоны измерений, причем Лх1 Н.

Рабочую частоту модулятора f выбирают в зависимости от расстояния Л х из следую0зв ЛХ щего соотношения: f =, где 0эв и — скорость звука в рабочей среде УЗМ; и— порядок максимума дифракции излучения в

УЗМ, оптически согласованный с диафрагмой поля зрения. Целью изобретения является повышение точности измерения в разности скоростей за счет увеличения эф- 0 фективности фотосмещения, 1 ил. V эффективности согласования при фотосмещении рассеянных иэ двух точек потока световых волн, На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, блок 2 системы форми1672374 рования двух зондирующих пучков, оптически согласующее устройство, содержащее диафрагму 3, и ультразвуковой модулятор 4, !

t объектив 5, приемную полевую д«афрагму 6, фотоприемник 7, систему 8 обработки до- 5 плеровского сигнала, Для возбуждения ультразвуковой волны в модуляторе используется перестраиваемый по частоте f генератор 9. Ось у соответствует направлению зондирующих пучков, 10

Устройство работает следующим образом.

Блок 2 формирования двух зондирующих пучков формирует в исследуемом потоке две зоны измерений (точки А и В) с 15 расстоянием Л х между ними. Рассеянное движущимися оптическими неоднородностями потока световое поле с помощью оптической системы (3 «4), а также с помощью

20 объектива 5 пространственно фильтруется полевой д«а ) ра мой 6 «nonaäaåò на фотоприемник 7, где происходит фотосмещение рассеянных via точек А и В световых волн, Фотоэлектри Iooê«ii сигнал анализируется в электроннсм блоке 8. Доплеровский сдвиг частот анализируемо о элекгрического сигнала несет информацию о мгновенной разности скоростей в двух точках потока (VypVy(g), по которо 1 (/ул) Опреf ánë òñß кОЩеллцил их пульсационных <омпснент VypVyfp, В качестве апти «вской;сгласующей системы испол ьзуетсл ультразвуковой модулятор (УЗ "Л) с частотой модуляции f,;становленной на расстоянии Й от эон «змерений, причем Р „ Л х. Путем установки частот f u выбора порядка дифракции п в УЗМ в зависимости от регулируемого расстояния Лх осуществляется согласование рассеянных световых волн и совмещение изображения точек интервалов А и В в плоскости полевой диафрагмы 6 фотоприемника 7. Частота Модуляции в УЗМ свлзана соотношением f = — 1.

U» 1. со скоростью звука О» в рабочей среде модулл1ора и периодо .. ультразвуковой волны (флзовой решетки). Пер«од фазо30

45 вой синусоидальной решетки il, связан с угловыми параметрами порядков дифракции и следующим соотношением; )

Л = n Л (в)п f/2) где 1 — длина волны излучения лазера;

a = Лх/R при Л х«R.

Изменяя расстояние Л х между точками измерений и настроив согласующее устройство, например, на n = + 1 порядки дифракции в УЗМ, можно путем перестройки частоты f добиваться оптимального согласования рассеянных волн из двух точек потока, используя параметрическую зависимость:

Формула изобретения

Лазерный доплеровский измеритель скорости в двух точках потока, содержащий оптически согласованные лазер, блок формирования двух параллельных зондирующих пучков с регулируемым расстоянием Ьх между пучками объектов, согласующую оптическую систему, фотоприемник с диафрагмой поля зрения. выход которого подключен к системе обработки доплеров скогосигнала,отл ичающийся тем,что, с целью повышения точности измерения разности скоростей в двух точках потока, оптическая согласующая система выполнена в виде перестраиваемого по частоте ультразвукового модулятора, установленного на расстоянии R от плоскости двух зондирующих пучков, причем Г х. Г при этом частота модуля ции f выбирается из соотношения:

О» Лх — 2 и — Л--Й где 1 — длина волны излучения лазера;

U D — скорость звука в рабочей среде модулятора; и -- порядок максимума дифракции излучения в ультразвуковом модуляторе, оптически согласованный с диафрагмой поля зрения фотоприемника.

1672374

Составитель А,Тимофеев

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор О.Титова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2837 Тираж 335 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5