Устройство для измерения поля скоростей потока частиц

 

союз сОВЕтских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕГ:ПУГПИК (я)с 6 01 P 3/36. 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГоспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К.АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3769782/10 (22) 18.07,84 (46) 23,12.92, Бюл, N. 47 (71) Московский институт электронного машиностроения и Московский авиационный институт (72) А.О,Бакрунов, А.Н.Богэченков, И.А.Лепешинский. О.С.Сладков и И.В,Щукин (56) Пэнкерс, Д.Холдер. Техника эксперимента в аэродинамических трубах. М.; Иностранная литература, 1955, 139-173, Авторское свидетельство СССР

N 1096587, xn, G 01 Р 3/36, 1979. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА ЧАСТИЦ, содержащее источник когерентного излучения, оптически согласованный через коллиматор, транспарант и объектив с входом сканирующего фотоприемника, блок формирования сигналов сканирования. механизм сканирования, связанный со сканирующим фотоприемником и подключенный к блоку формирования сигналов сканирования. последовательно соединенные блок вычисления спектра и блок вычисления плотности распределения, а также блок регистрации параметров потока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения неоднородных турбулентных потоков, в него введены полевая диафрагма. элемент вращения пространственного спектра. последовательно установленные на оптической оси за транспарантом. блок формирования сигналов перемещения транспаранта. механизм перемещения транспаранта. связанный с

„„ Ы„„1212159 А1 транспарантом и подключенный к блоку формирования сигналов перемещения транспаранта, блок формирования сигналов установки размеров полевой диафрагмы, механизм установки размеров полевой диафрагмы, связанный с полевой диафрагмой и подключенный к блоку формирования сигналов установки размеров полевой диафрагмы. блок формирования сигналов вращения пространственного спектра, механизм вращения пространственного спектра. связанный с элементом вращения пространственного спектра и подключенный к блоку формирования сигналов вращения пространственного спектра, преобразователь сигнала сканирования. подключенный своим входом к выходу сканирующего фотоприемника, а выходом к входу блока вычисления спектра, блок вычисления средней скорости и дисперсии, подключенный своим входом к выходу блока вычисления плотности распределения, блок программного управления, подключенный к входам блоков формирования сигналов перемещения транспаранта, установки размеров полевой диафрагмы. вращение пространственного спектра и сканирования, блок отображения поля скоростей потока частиц, подключенный к выходу блока регистрации параметров потока, подключенного своими входами к блокам формирования сигналов перемещения транспаранта. установки размеров полевой диафрагмы. вращения пространственного спектра и блоку вычисления средней скорости и дисперсии. 1 ил.

1212159

Изобретение относится к измерительной технике и оптоэлектронике и может быть использовано в гидро- и газодинамике для определения полей скоростей турбулентных потоков светорассеивающих частиц.

Целью изобретения является повышение точности измерения неоднородных турбулентных потоков.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения поля скоростей потока частиц.

Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси источник

1 когерентного освещения, коллиматор 2, транспарант 3, полевую диафрагму 4, элемент 5 вращения пространственного спектра, представляющего собой, например, призму Дове, объектив 6 и сканирующий фотоприемник 7. В качестве транспаранта может использоваться фотоизображение или голограмма. Элемент 5 вращения осуществляет поворот иэображения пространственного спектра в полости фотоприемника 7 вокруг оптической оси. Обьектив 6 служит для изменения масштаба пространственного спектра при использовании в качестве транспаранта 3 голограммы или для преобразования Фурье изображения фототранспаранта.

Механизм 8 перемещения транспаранта связан с транспарантом 3 и управляется блоком 9 формирования сигналов перемещения транспаранта. Механизм 10 установки размеров полевой диафрагмы связан с полевой диафрагмой 4 и управляется блоком 11 формирования сигналов установки размеров полевой диафрагмы. Механизм 12 вращения пространственного спектра связан с элементом 5 и управляется блоком 13 формирования сигналов вращения пространственного спектра. Механизм 14 сканирования связан со сканирующим фотоприемником 7 и управляется блоком 15 формирования сигналов сканирования, На выходе сканирующего фотоприемника 7 последовательно включены преобразователь 16 сигнала сканирования, блок 17 вычисления спектра, блок 18 вычисления плотности распределения. блок 19 вычисления средней скорости и дисперсии, Блок 20 регистрации параметров потока подключен к выходам блоков 9, 11, 13, 19 и к входу блока

21 отображения поля скоростей, представляющего собой устройство печати, экран дисплея или графопостроитель. Синхронизацию работы блоков 9, 11, 13; 15 осуществляет подключенный к ним блок 22 программного управления, представляющего собой, например, блок цифрового программного управления на микропроцессоре.

Рассмотрим работу устройства при анализе неоднородного турбулентного потока частиц, записанного на транспаранте 3 в аиде многоэкспозиционнаго изображения, При этом, исходя из требуемой детальности исследования. все поле изображения условно разбивается на определенное количество квазиоднородных участков, в каждом из которых требуется определить параметры потока, например среднюю скорость, ее дисперсию и направление. Блок 22 управления выдает команды на начало работы блоку

15 9 формирования сигналов перемещения транспаранта и блоку 11 формирования сигналов установки размеров полей диафрагмы, Блоки 9, 11 управляют работой соответственно механизма 8 перемещения

20 транспаранта и механизма 10 установки размеров полевой диафрагмы, Механизм 10 устанавливает размеры полевой диафрагмы в соответствии с размерами участка изображения, а механизм 8, перемещая транспарант 3, подводит к отверстию полевой . диафрагмы 4 первый участок поля изобра. жения. Транспарант 3 освещается когерентным светом от источника 1 освещения через коллиматор 2. Пучок света проходит

30 через транспарант 3, отверстие полевой диафрагмы 4, элемент 5 вращения пространственного спектра, объектив 6, осуществляющий преобразование Фурье, и. создает в плоскости сканирующего фото35 приемника 7 картину пространственного спектра. После обработки механизмов 8, 10 блок 22 управления. выдает команду на начало работы блоку 15 формирования сигналов сканирования. Блок 15 управляет

40 механизмом 14 сканирования, благодаря чему происходит сканирование и съем информации об интенсивности по одному направлению пространственного спектра сканирующим фотоприемником 7. с выхода которого сигнал сканирования поступает на преобразователь 16 сигнала сканирования. Последний позволяет осуществлять сглаживание, суммирование и другие преобразования сигнала сканирования. Блок

50 17 вычисления спектра производит спектральный анализ сигнала сканирования, поступающего с преобразователя 16. По результатам спектрального анализа в блоке 18 осуществляется вычисление плотно-

55 сти распределения частиц по скоростям, по которой в блоке 19 определяются средняя скорость потока частиц и ее дисперсия. В принципе, информация о плотности распределения является более полной. чем средняя скорость и дисперсия, и при необ1212159

Составитель

Техред М.Моргентал Корректор М. Куль

Редактор

Заказ 567 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениями открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ходимости вычисления в блоке 19 могут опускаться, Таким образом, после окончания сканирования в блок 20 регистрации параметров потока поступает информация о скорости 5 потока частиц отображенного в первом участке поля изображения, в одном направлении, определяемом положением элемента 5 вращения пространственного спектра и направлением сканирования, которое предпо- 10 лагается неизменным.

Далее блок 22 управления выдает команду на начало работы блоку 13 формирования сигналов вращения пространственного спектра, который управляет 15 соответствующим механизмом 12. Последний воздействует на элемент 5 вращения пространственного спектра, благодаря чему происходит поворот изображения и, следовательно, картины пространственного 20 спектра на определенный угол. Поэтому сканирование пространственного спектра, осуществляемое в следующем цикле, происходит по другому направлению. После проведения сканирования по ряду направлений осуществляется переход к следующему участку поля изображения, При этом вновь работают каналы перемещения транспаранта и установки размеров полевой диафрагмы.

Для нового участка аналогично описанному выше производятся сканирования пространственного спектра в разных направлениях, затем осуществляется переход к следующему участку, и т.д.

8 блок 20 регистрации параметров потока поступает информация о величине средней скорости и дисперсии потока частиц (а в более общем случае — о плотности распределения частиц по скорости) в различных направлениях для каждого участка поля. Эта информация регистрируется блоком 21 отображения поля скоростей потока частиц в виде таблицы цифровых данных или условий картинки поля скоростей.