Оптико-волоконный измеритель скорости

 

ОПТИКО-ВОЛОКОННЫЙ ИЗМЕРИ- . ТЕЛЬ СКОРОСТИ по авт.св. № 1075814, отличающийся тем, что,с целью повьшения точности измерений поперечной, составляющей скорости за счет увеличения соотношения сигнал-шум,в него введен фазовый мультипликатор волнового фронта , установленный у выходного торца с.ветовода и выполненный в виде последовательно расположенных периодического дифракционного модулятора и корректирующей голограммы.

COOS COBETCHMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

H ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1075814 (21) 3555281/18-10 (22) 21.02,83 (46) 30.12.85. Вюл. К1 48 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им, 50-летия

-Великой Октябрьской социалистичес. кой революции и Институт физики

АН УССР (72) A.Â.Ãíàòîâñêèé, Н.В.Медведь, С.Н.Хотяинцев и Л.К.Яровой (53) 532.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 1075814, кл. G 01 P 3/36, 1984

".(прототип).,.ЯО.„1 И 94,5О (54) (57) ОПТИКО-ВОЛОКОННЫЙ ИЗМЕРИ- .

ТЕЛЬ СКОРОСТИ по авт.св. Р 1075814, о т л и ч а и шийся тем, что, с целью повышения точности измерений поперечной составляющей скорости за счет увеличения соотношения сигнал-шум,в него введен фазовый мультипликатор волнового фронта, установленный у выходного торца световода и выполненный в виде последовательно расположенных периодического дифракционного модулятора и корректирующей голограммы.

1119450

55

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения скорости объектов; в том числе потоков жидкости, и может найти применение в.медицине, нефтехимической промышленности, в теплоэнергетике, в гидродинамических исследованиях.

Известен оптико-волоконный измеритель скорости по основному авт.св. Р 1075814, содержащий последовательно расположенные и опти-чески согласованные лазер, направляющ»»й ответвитель, многомодовый световод, а также фотоприемник, оптически согласованный с направленным ответвителем и подключенньг выходом к анализатору спектра Е13, Он позволяет измерять две составляющие вектора скорости потока за счет наличия многомодового светово" да.

Недостатком прототипа является то, что в нем спектр доплеровского сигнала. повторяет спектр пространственних,частот многомодового световода, которьй в общем случае имеет плавно спадающие "крылья" в области высших и низших частот. Изза шумов в измерительном тракте точное измерение ширины спектра не представляется возможным. Это снижает точность измерения скорости известным анемометром.

Целью дополнительного изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. повышение точности измерений поперечной составляющей скорости за счет увеличения соотношения сигнал-шум.

Поставленная цель достигается тем, что в оптико-волоконный измеритель скорости введен фазовь»»» мультипликатор волнового фронта, установленный у выходного торца световода и выполненный в виде последова ельно расположенных периодического дифракционного модулятора и корректирующей голограммы.

На фиг.1 показан предлагаемый измеритель на фиг,2 — распределение поля зондирующего пучка в области измерения для одного из возможных дифракционных мо7»уляторов, на фиг.3 — спектр Аототока Аотоприемника °

Оптико-волоконный измеритель скорости содержит последовательно

5 !

О

30 расположенные на оптической оси ла зер 1, направленный ответвитель 2, фокусирующий линзу 3, световод 4.

Направленный ответв»»тель 2 может быть выполнен, например, в виде наклонногo зеркала, обращенного к световоду 4 с отверстием на оси, Перед дальним (свободным) концом световода 4 расположен Аазовый мультипликатор волнового Аронта 5, выполненный в виде периодического дифракционного модулятора Аазы 6 и корректирующей голограммы 7. Направленный ответвитель 2 оптически связан с последовательно расположенными объективом 8 и Аотоприемником 9, который в свою очередь подключен к анализатору спектра 10.

Оптико-волоконный измеритель скорости работает следующим образом.

Пучок когерентного излучения от лазера 1 проходит через направленный ответвитель 2 и вводится линзой

3 в световод 4 (фиг.1). Распространяясь по световоду 4, часть излучения отражается от дальнего торца световода 4 и от элементов Аазового корректора волнового Аронта 5 и выполняет функцию опорного пучка при оптическом гетеродировании °

Часть зондирующего пучка проходит через Аазовый мультипликатор волнового Аронта 5, которьп» производит над ней интегральную операцию пространственной корреляции. При этом сАормированное мультипликатором поле описывается произведением периодической автокорреляцнонной

Аункции комплексного пропускания дифракционного модулятора 6 на достаточно гладкую пространственную функцию корреляции поля на выходе световода 4 в момент записи и восстановления голограммы 7 ° Поэтому зондирующий пучок будет представлять собой ряд параллельных эквидистантных максимумов с периодом д у, и формой, которая определяется параметрами периодического дифракционного модулятора (Аиг,2).

Пересекающий область измерения рассеивающий центр (частичка среды, часть объекта) рассеивает излучение, поле которого на основной гармонике дает информацию о продольной и поперечной составляющих вектоDa скорости.

1119450

Составитель С.Хлебников

Техред W.Кастелевич Корректор

Редактор Л.Письман

Заказ 8138/4 Тираж 896

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Подписное

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

Рассеянное средой чзлучение вновь захватывается световодом 4 и совместно с опорным пучком передает- ся на фотоприемник 9, Спектр фото" тока (фиг.3) регистрируется на анализаторе спектра 10, который выдает две составляющие вектора скорос, ти Vx u Qz

lf<-у1

„4 1

: У - — — (f - f ) """ z- T И, t, j

3 3

4 где f4 )х 4= gg gf 1 3 = 2 Х

Чк. л

Г1Х= Г32-2 vo c лх — частота излучения лазера, 4Х период интерференционного поля, б— скорость света.

Фазовый мультипликатор волнового фронта позволяет повысить точность измерений составляющей скорости Vg потока.