Способ измерения скоростей потока частиц

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА ЧАСТИЦ путем многократной регистрации изображения частиц, получения транспаранта с зарегистрированным изображением частиц, освещения транспаранта когерентным светом и определения скоростей по характеристикам прошедшего через транспарант света, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа за счет возможности измерений в турбулентных потоках, находят область дифракции Фраунгофера для транспортанта, сканируют световое поле в двух ортогональных направлениях в плоскости дифракции Фраунгофера , измеряют углы сканирования и энергетический спектр полученных в результате сканирования сигналов, по которым определяют скорости частиц (Л в потоке.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11)

3(50 G 01.Р 3/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, 1

1З

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 2878447/18-10 (22) 31.01.80 (23)30.10.79 (46) 07.06.84. Бюл. В 21 (72) А.О.Бакрунов, В.А.Решетников и И,В.!Цукин (71) Московский институт электронного машиностроения (53) 532.574(088.8) (56) 1. Патент США В 3706495, . кл. 356-28, 1972.

2.Iwata Koichi à.î. Opt. Soc.

Amer 1977, 67, И 8, р. 1117-1121. (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ

ПОТОКА ЧАСТИЦ путем многократной регистрации иэображения частиц, получения транспаранта с зарегистрированным изображением частиц, освещения транспаранта когерентным светом и определения скоростей по характеристикам прошедшего через транспарант света, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа за счет возможности измерений в турбулентных потоках, находят область дифракции Фраунгофера для транспортанта, сканируют световое поле в двух ортогональных направлениях в плоскости дифракции Фраунгофера, измеряют углы сканирования и энергетический спектр полученных в результате сканирования сигналов, по g

;которым определяют скорости частиц в потоке.

1096587

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь20

Поставленная цель достигается тем, что находится область дифракции Фраугофера для транспаранта с зарегистрированным многоэкспозиционным изображением частиц. Затем сканируют световое поле в двух ортогональных направлениях в зоне дифракции Фраунгофера, измеряют углы сканирования и энергетический спектр полученных в результате сканирования сигналов, по которым определяют скорости частиц в потоке. эовано для измерения распределения скоростей в ламинарных и турбулентных потоках жидкости, газа или плазмы.

Известен способ измерения скоростей частиц, в котором скорость движения каждой отдельной частицы определяется путем измерения длины трека частицы на иэображении, восстановленом с

10 голограммы .1).

Однако при одном измерении определяется скорость только одной отдельно взятой частицы; необходимо освещать когерентным светом движущийся поток частиц, что не всегда возможно (например, невозможно для самосветящихся частиц или метеоритных потоков); способ неработоспособен при большой концентрации частиц в движущемся потоке, когда велика вероятность пересечения треков.

Наиболее близким к изобретению является способ голографической интерйерометрии, состоящий из двукратного освещения когерентным светом движущейся жидкости, содержащей рассеивающие неоднородности, двухэкспозиционного голографического регистрирования изображения, освещения голограммы когерентным светом, восстановление изображения потока жидкости, измерения на восстановленном изображении ориентации и шага интерференционных полос, по которым судят о .35 величине и направлении скорости С23.

Однако известный способ неработоспособен при наличии распределения частиц по скоростям и турбулентности потока и неработоспособен, если на 40 этапе регистрации нельзя освещать лоток когерентным светом (например, самосветящиеся частицы).

Целью изобретения является расширение области применения способа 45 для турбулентных потоков.

Энергетический спектр полученных в результате сканирования сигналов пропорционален функции распределения частиц по скоростям.Множитель пропорциональности зависит от условий регистрации.

ФНа фиг. 1 представлено двухэкспоэиционное изображение потока частиц; на фиг.2 и 3 — сигналы сканирования поля в области дифракции Фраунгофера от транспорта;на фиг.4 и 5 — функция распределения частиц по скоростям.

Сущность способа заключается в следующем.

При двухэкспоэиционной фотографической регистрации (фиг. 1) каждая частица на транспоранте изображаешься двумя, расстояние между которыми пропорционально скорости Ч, ХОУ— введенная система координат для потока частиц. Полученный транспарант освещают корегентным светом и находят область дифракции Фраунгофера.

Если транспортант освещают плоско волной, то эта область находится на расстоянии Z за транспорантом

25 D

2 7 --А---, где Z — расстояние между транспарантом и плоскостью r:аистины дифоакции Фоаунгофера;

D — размер изобоажения трансгаранта;

3. — длина волны когерентного источника.

Если эа транспарантом установить апланатически,." обьектив, то картина дифракции Фраунгофера транспаранта будет находиться в месте изображения источника когерентного сьета.

После этого сканируют световое поле в плоскости картины дифракции

Фраунгофера в двух направлениях, получают сигналы сканирования (фиг. 2 и фиг. 3), измеряют угол сканирования сС между осью Х и направлением сканирования и спектральную плотность полученных в результате сканирования сигналов (фиг. 4 и 5), которая и является функцией распределения частиц по скорости.По полученным проекциям строят распределение вектора скорости.

Использование предлагаемого изобретения позволяет определять скорости в турбулентных средах, что невозможно осуществить существующими способами, кроме того, автоматизировать и ускорить процесс измерения.

1096587

1096587

Заказ 3818/33

Тирах 823

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раущская наб, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Власов

Редактор С. Патрушева Техред Л.Иккеш Корректор Ю.Макаренко