Устройство для измерения скорости потока

 

СС103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

70707 А1 (19) (ll) (51)4 С 0 Р 3 36 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю мД

Ю 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3823920/24-10 (22) 12. 12. 84 (46) 15.11.86. Бюл. Ф 42 (71) Отдел водного хозяйства промпредприятий Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрологии

"Водгео" (72) А.И.Поврозин (53) 532.574(088.8) .(56) Дубинцев Ю.Н. и др. Методы лазерной доплеровской анемометрии.

М., Наука, 1982, с. 69.

Кулыбин В.М, и др. Труды Мос.энергет. ин-та 1981, вып. 519, с. 47. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет уменьшить погрешности устройства. Сформированный сигнал коррекции из дифференциального усилителя 22 поступает на преобразователь 23 сигналов, который вырабатывает сигналы управления для ysла 6 коррекции волнового фронта, формирующего фазовые фронты лучей, которые, пройдя фокусирующую линзу 8, фокусируются в "точку". В этот момент времен при пересечении полос интерференционной картины частицами возникает модуляция интенсивности рассеянного на частицах света на доплеровской частоте, пропорциональная величине скорости потока. Указанные оптические сигналы через линзы 8 и

25 попадают на расщепитель 26 и затем на фотоприемники 27 и 28, выходы которых соединены с дифференциальным а усилителем 29, с выхода которого формируются сигналы, которые по каналу

В поступают в устройства обработки для измерения скорости потока. Пос- С ле исчезновения яркой частицы из области пересечения лучей .в каналы, осуществляющие коррекцию, поступают сигналы от всех частиц. 1 ил.

1 12

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения скоростей потоков с использованием лазера.

Цель изобретения — уменьшение погрешности, На чертеже изображена схема устройства.

Устройство включает лазер 1, рас:щепитель 2, базовую пластину 3 (в цальнейшем элементы верхней и нижней части чертежа идентичны, поэтому нумерация дается только для верхней части схемы), входную телескопическую систему 4, расщепитель 5 для системы адаптивного управления волновым фронтом, узел б коррекции волнового,, фронта, выходную телескопическую. систему 7, передающий объектив (фокусирующую линзу) 8, канал 9 с исследуемой средой, зеркало 10, управляемый аттенюатор 11, поляризационный расщепитель 12, телескопические системы 13 и 14, оптический модулятор

15, фазовые элементы (пластины) 16 и 17, прозрачные делительные пласти- ны i8 и 19, фазовые детекторы 20 и

21, узел 22 дифференциальных усилителей, второй и первый преобразователи 23 и 24 сигналов, собирающую линзу 25, поляризационный расщепитель 26,фотоприемники 27 и 28,диф-; ференциальный усилитель 29.

Узел 6 коррекции волнового фронта может быть выполнен рефракционного типа в виде ячеек из прозрачных электрооптических кристаллов.

В качестве управляемого аттенюа-. тора можно использовать электрооптические затворы, управляемые напряжением преобразователя сигналов 24, выполненного в виде генератора напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 направляется на расщепитель 2, который формирует два луча равной интенсивности. Сдин из них проходит через фазовую пластину 3, в результате чего плоскость поляризации луча поворачивается на

90, а затем попадает на исходную телескопическую систему 4. Второй луч, не меняя своей поляризации,, непосредственно попадает на входную телескопическую систему. Излучение, пройдя исходную телескопическую сис70707 Я, тему 4, дающую увеличение диаметра

F 7 1. 1 PB3 (I Pe 1 H F> фокусные расстояния первой и второй линз), поступает на вход расщепителя

5 луча верхнего плеча измерителя.

Далее основная часть излучения поступает на узел 6 коррекции волнового фронта и попадает на выходную телескопическую систему 7, которая вос10 станавливает диаметр луча до исходной величины. Увеличение диаметра луча на участке между фазовой пластиной 3 и фокусирующей линзой 8 необходимо для обеспечения работоспособ15 ности узла 6. Линза 8 фокусирует и направляет лучи как верхнего, так и нижнего плеча в область измерений среды, движущейся в канале 9.

При фокусировании лучей в разнорО плотностной среде область пересечения лучей искажается, что приводит к искажению или разрушению интерференционной картины. Пусть в некоторый момент времени в такую область попа25 дает частица, дающая интенсивный световой сигнал по сравнению с общим фоном излучения, рассеянного назад всеми частицами из этой области. Этот сигнал, пройдя линзу 8, направляется зеркалом 10 на управляемый аттенюатор 11, который в исходном состоянии настроен на подавление сигналов, рассеянных частицами назад, и на пропускание наиболее интенсивного сигнала из области пересечения лучей.

Интенсивный сигнал от одной частицы, гройдя управляемый аттенюатор 11, попадает на поляризационный расщепитель 12, который ориентирован, таким образом, чтобы лучи, выходящие из него были поляризованы под углами 45 и -45 . Далее с помощью телескопических систем 13 и 14 диаметры лучей увеличиваются до диаметра луча, 45

5 падающего на узел 6 коррекции волнового фронта. Минуя прозрачные делительные пластины 18 и 19, лучи попадают на фазовые детекторы 20 и 21.

С выхода расщепителя 5 поступает из.лучение, которое на своем пути проходит через оптический модулятор 15, осуществляющий сдвиг частоты на величину Я, фазовые элементы 16 и 17, и также направляется на фазовые де55 текторы 20 и 21 с помощью прозрачных делительных пластин 18 и 19. Оно играет роль опорного сигнала в реа-. лизованных схемах фотосмещения.

3 12707

Электрические сигналы с выходов детекторов 20 и 2 1 подаются на узел

22 дифференциальных усилителей, на выходе которого выделяется результирующий сигнал. 5

Сформированный сигнал коррекции на выходе из узла 22 поступает на второй преобразователь сигналов 23, который вырабатывает сигналы управления для узла 6 коррекции волнового tO фронта.

Устройство для измерения скорости потока, содержащее лазерный доплеровский анемометр в виде оптически согласованных лазера, расщепителя, фазовой -пластины, передающеге объектива, приемного объектива, фотоприемной системы, подключенной выходом к электронному блоку измерения, выходы которого соединены с входами двух первых преобразователей сигналов, а также две системы адаптивного управления волновыми фронтами излучаемого поля и два вторых преобразователя сигналов, соединенных выходами с входами двух узлов коррекции волнового фронта, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности, в него введен второй расщепитель, а каждая иэ систем адаптивного управления волновым фронтом излучаемого поля выполнена состоящей иэ второго расщепителя, оптического модулятора, двух дополнительных фазовых пластин и дифференциального усилителя, а также оптически согласованных с передающим объективом управляемого аттенюатора, подключенного управляющим входом к выходу первого преобразователя сигналов, и последовательно установленных за аттенюатором поляризационного расщепителя, двух делительных пластин и двух фазовых детекторов, согласованных через второй расщепитель, оптический модулятор и две дополнительные фазовые пластины с первым расщепителем, при этом выходы фазовых детекторов подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом второго . преобразователя сигналов.

ВНИИПИ Заказ 6238/48 Тираж 778 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Узлы коррекции волновых фронтов формируют фазовые фронты лучей лазера верхнего и нижнего плечей измери- 15 теля, которые, пройдя выходные телескопические системы и фокусирующую линзу 8, будут отфокусированы в

"точку . В этот момент возникает интерференционная картина и в этот же момент времени при пересечении полос, интерференционной картины частицами возникает модуляция интенсивности рассеянного на частицах света на доплеровской частоте, пропорциональная 2S величине скорости потока. Указанные оптические сигналы через линзы 8 и

25, формирующие поток рассеянного излучения в приемной части устройства, попадают на попяриэационный расщепитель 26 и затем на два фотоприемника

27 и 28, выходы которых соединены с дифференциальным усилителем 29.На выходе дифференциального усилителя

29 формируются сигналы на доплеровской частоте, которые по каналу В поступают в последующие устройства обработки с целью измерения скорости потока. По каналу "А" указанные сигналы поступают в первый преобразова- 4О тель сигналов 24 (для верхнего плеча), где преобразуются в управляющий сигнал, подаваемый на управляемый аттенюатор 11. При поступлении управляющего сигнала на управляемый аттенюатор 11 последний "просветляется", т.е. обеспечивает поступление излучения, рассеянного назад всеми частицами, находящимися в области пересечения лучей. Таким образом, после исчезновения "яркой" частицы из

07 4 области пересечения лучей в каналы, осуществляющие коррекцию волновых фронтов лучей, начинают поступать сигналы от всех частиц, присутствующих в перекрестии лучей, и, следовательно, процесс коррекции продолжается в условиях многочастичного режима.

Формула изобретения