Лазерный доплеровский измеритель скорости потока в межлопаточном канале турбомашины

 

ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРрВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА В МЕЖЛОПАТОЧНОМ КАНАЛЕ ТУРБО МШИНЫ, содержащий последовательно соединенные приемнопередающий оптико-электронный .блок, измеритель доплеровской частоты и измеритель угловой координаты, а также датчик оборотов, подключенный выходом ко второму входу измерителя угловой координаты, отличающийся тем, что., с целью повьшения точности, в него введены амплитудный дискриминатор , формирователь импульсов и измеритель шаговой координаты, при этом выход приемно-перёдающего оптикоэлектронного блока соединен с входом дискриминатора и первым входом формирователя импульсов, выход амплитудного дискриминатора подключен ко второму входу формирователя импульсов, подсоединенного выходом к первому входу измерителя шаговой координаты, второй вход которого подключен к выходу измерителя доплеровской частоты.

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 0 01 Р 3/36, 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

|;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕ П.:ЛЬЮ 3 ВУ! (21) 3769055/10 . (22) 10. 07. 84 (46) 07.05. 92. Бюл, В 17 (72) И.А.Иванов, Ю.A.Êîðîñòåëåâ, В.Д.Старик, Л.А.Сусленников и М.И.Нехтман (53) 532.574 (088.8) (56) Уислер, Иосен, Энергетические ! машины и установки, 1973, 9 2, 27-33.

Экспресс-информация ВИНИТИ. Измерительные приборы и стенды, 1983, Р 43, реферат 197. (54)(57) ЛАЗЕРНБЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА В МЕЖЛОПАТОЧНОМ КАНАЛЕ ТУРБОМАШИНЫ, содержащий последовательно соединенные приемнопередающий оптико-электронный .блок, - измеритель доплеровской частоты и изИзобретение относится к. измерительной технике и может быть использовано для определения параметров по.тока на вращающихся элементах турбомашин, в частности в осевых комнрессорах.

Целью данного предложения является повышение точности измерений.

Сущность изобретения поясняется, фиг.1, на которой показана блок-схема лаперного измерителя и его рас положение по отношению к объекту исследования, и на фиг.2, где приведена временная диаграмма работы основных элементов устройства.

Лазерный измеритель (фиг.1) содержит лазер -1 и последовательно соеди-. ненные приемно-передающий оптико„„Я2„„1199056 А1 меритель угловой координаты, а также датчик оборотов, подключенный выходом ко второму входу измерителя угловой координаты, отличающийся тем, что., с целью повышения точности, в него введены амплитудный дискриминатор, формирователь импульсов и измеритель шаговой координаты, при этом выход приемно-передающего оптикоэлектронного блока соединен с входом дискриминатора и первым входом формирователя импульсов, выход амплитудного дискриминатора подключен ко второму входу формирователя импульсов, подсоединенного выходом к первому входу измерителя шаговой координаты, второй вход которого подключен к выходу измерителя доплеровской частоты. электронный блок 2, измерительно ° ааай доплеровской частоты 3, выход которо- и го подсоединен к первому входу изме- 0 рителя угловой координаты 4, ко вто- 0 рому входу которого подсоединен выход датчика оборотов 5, установлен- у ного на валу корпуса, а также ко входу амплитудного дискриминатора. 6, формирователь импульсов 7 и измеритель шаговой координаты 8. Выход при- ф емно-передающего оптико-электронного блока 2 соединен с входом амплитудно- го дискриминатора 6, выход которбго соединен с первым входом формирователя импульсов 7, второй вход которого соединен с выходом приемно-передающего оптико-электронного блока 2, а выход пикового формирователя 7 соеди3

11990 нен с первым входом измерителя шаговой координаты 8, второй вход которого соединен с выходом измерителя доплеровской частоты 3.

В качестве изучаемого объекта изображен осевой компрессор 9 с лопатками 10, на некотором радиусе которых расположен измерительный объем

11, образованный лазерными лучами 12.

Для проведения оптических измерений над лопаткамн установлено оптическое окно 13 в корпусе 14.

На фиг.2а показаны импульсы напряжения на выходе датчика оборотов 5.

Временный интервал между ними Т со15 ответствует одному обороту турбомашиньг, На фиг.26 приведены импульсы напряжения с выхода приемно-передающего оптико-электронного:блока 2. Эти импульсы появляются в момент пересечения измерительного объема 11 либо поверхностью лопатки 10, либо частицей, содержащейся в потоке.

В первом случае импульс имеет колоколообразную форму, причем он достигает своего эктремального значения в тот момент, когда центр измерительного объема находится на поверхности лопатки. Длительйость импульса опре-. деляется, в основном, размерами измерительного объема и скоростью вращения турбомашины, а его амплитуда зависит. от состояния поверхности ло" патки и угла между поверхностью лопатки и лазерными лучами и, следова тельно, может изменяться от лопатки к лопатке.

Во втором случае, при пересечении измерительного объема микронной час- . тицей, содержащейся в потоке и движущейся практически со скоростью потока, на выходе из приемно-передающего оптико-электронного блока появляется сигнал, частота которого прямо про- 45 порциональна скорости частицы в момент пересечения ею измерительного объема, а амплитуда существенно меньше минимальной амплитуды импульса от лопатки, Различие амплитуд объясняет- р ся тем фактом, что микронная частица

I -6 -7 рассеивает энергию, равную 10 -10

-от энергии падающего излучения, в то время как интенсивность света, рассеянного твердой поверхностью, на

:несколько порядков больше.

Напряжение с выхода приемно-пере1 ! дающего оптико-электронного блока 2 поступает на вход измерителя частоты .

5б 4, сигнала 3. Так как в импульсах от лопаток нет высокочастотного заполне" ния, то измеритель частоты сигнала 3 на них не реагирует. При появлении же на его входе сигнала от частицы, измеритель частоты сигнала 3 практически мгновенно определяет ее скорость (информация о скорости поступает на ЭВИ или в какой-нибудь накопитель), на своем командном выходе вырабатывает импульс "ИГ" (фиг.2д), который поступает на первый вход измерителя угловой координаты 4 (фиг.1).

На его второй вход поступают.импульсы от датчика оборотов 5. По этим импульсам измеритель угловой координаты

4 определяет время, затрачиваемое на один оборот Т (фиг.2а), а также временной интервал Т, прошедший от момента появления оборотного импульса до момента появления импульса "ЦГ" (фиг.1д). Угловые координаты (номер иежлопаточного канала) определяются

oBi т отношением > = — — —. В то же время

7 oh точное положение измерительного объема в межлопаточном канале в момент измерения скорости неизвестно, так, как шаг лопаток t<,, (фиг,2г) может изменяться как вследствие неточности их изготовления или размещения rro окружности, так и вследствие колебаний лопаток при работе турбомашины. Для устранения этих ошибок .напряжение с выхода приемно-передающего,. оптико-электронного блока 2 (фиг.1) поступает так же на входы амплитудного дискриминатора б и формирователя импульсов,7.

Функция амплитудного дискриминатора — разделение импульсов по амплиту- . де. На его выходе появляется импульс тогда и только тогда, когда амплитуда импульса на входе в него превышает (по модулю) пороговое напряжение (фиг.2в). Уровень порогового напряжения выбирается таким, чтобы он был меньше амплитуды импульса от лопаток, но больше ампдптуды импульса частиц.

Формирователь импульсов 7 имеет два входа: первый вход управления, связанный с выходом амплитудного дискриминатора б, и второй — сигнальный, связанный с выходом приемно-пе-:

1 редающего оптико-электроннрго блока

2. При появлении на первом входе-выходе управления разрешающего импульса от амплитудного дискриминатора, пиковый формирователь вырабатывает им 1199056 б пульс, передний фронт которого сов- ",патки. Отношение этих временных инпадает с экстремумом импульса, при тервалов есть искомая относительная шедшего с выхода приемно- передающего,,. : ... . — „. Т» оптико"электронного -блока 2 т;е с " . "шаговаЯ кооРДината t, ИзмеРЯЯ э ° ° тл тем моментом времени, когда центр as- мгновенное значение скорости Ч и ис мерительного, объема лежит на поверх- тинную шаговую коорданиту 7 измери« ности лопатки,, тельного объема в момент измерения

Измеритель шаговой коовдинаты,8, скорости можно, используя методы ста ; определяет временные интервалы;T;., и, jg тистической обработки .информации, по

Т,, (4иг.йг) от момента,пересеченйя. ..". „, . нескольким тысячаи измереннй 7 и t лопаткой измерительного объема- до найти распределение скорости потока момента измерения скррости;па ока.,и... . " - в межлопаточном арале рабочего коле :момента .пересечения йзмерийел ьного са от . :поверхносЖ,. ар ной:лбпатки до объема поверхностью следующвЯ-ло- ." 5 поверхности другой лопатки.

Г л

1199056

Ф, 1

Корректор М.Самборская

Редактор Е.Гиринская Техред Л,Олийнык

Заказ 2434 Тираж . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,103