Способ определения скорости потока газов или жидкости

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН (51) 4 С 01 P 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,;;

t с

egg j

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ зовано для создания бесконтактных кольцевых. лазерных анемометров и расходомеров газовых и жидких сред.

Целью изобретения является снижение погрешностей измерений. Пропускают поток газа или жидкости через резонатор 1 кольцевого лазера в прямом и обратном направлениях. При этом в режиме генерации лазера образуются встречные волны лазерного излучения, которые расщепляют магнитным полем электрического тока невэаимного элемента 7. Измеряют величину электрического тока элемента 7 и фиксируют частоту биений для одного из направлений потока. Для обратного направления частоту биений изменяют регулировкой тока до совпадения с фиксированной частотой биений. По разности полученных значений токов определяют скорость потока. Результат измерений не зависит от длины лазерного излучения и периметра кольцевого резонатора. 1 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3909379/24-10 (22) 10.06.85 (46) 07.12.86.Бюл. Р 45 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) Ю.А.Скрипник, А.А.Ковтонюк, И.М,Кузнецов и Л.А.Глазков (53) 532.574 (088.8) (56) Меламуд Г.Б. и др. Исследование лазерного расходомера газов на основе кольцевого оптического квантового генератора. — Сб.; Метрологические исследования в области измерения расхода и количества веществ.

Труды метрологических институтов

СССР. М.: Изд-во стандартов, 1974, вып.149 (209), с,68-72.

Привалов В,Е. Газоразрядные лазеры в судовых измерительных, комплексах. Л.: Судостроение, 1977, с.140. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ГАЗА ИЛИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь„„SU„, 1275295 А1

1275295

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания бесконтактных кольцевых лазерных анемометров и расходомеров газовых и жидких сред для химической, нефтяной, пищевой, медицинской и других отраслей промышленности, Цель изобретения — снижение погрешности.

На чертеже представлен один иэ возможных вариантов устройства для реализации предлагаемого способа,, Устройство содержит резонатор 1 кольцевого лазера, образованный расположенными в вершинах четырехугольника зеркалами 2 — 5, внутри которого размещен лазерный излучатель 6, невзаимный элемент 7 с токовой обмоткой 89 которая подключена через переменный резистор 9, и цифровой миллиамперметр 10 к источнику 11 опорного напряжения, трубопровод 12 с разветвлениями 13 и 14. Последние имеют прозрачные окна 15 и 16, пересекают два плеча резонатора 1 под углом ol и снабжены вентилями 17 и 18, Часть энергии встречных волн, распространяющихся в резонаторе 1 кольцевого лазера, через полупрозрачное зеркало 5 и призму 19 направлена на фотодетектор 20, к выходу которого через формирователь 21 импульсов подключен цифровой частотомер 22, Сущность способа заключается в следующем.

При пропускании потока rasa или жидкости в прямом направлении через резонатор кольцевого лазера в режиме генерации образуются встречные волны лазерного излучения, которые расщепляются магнитным полем электрического тока невзаимного элемента, Частота биений встречных волн излучений в резонаторе кольцевого лазера определяется значением электрического тока I1 невэаимного элемента и скоростьв потока Ч иэ соотношения х

Рс 3 COSCk .2

2Е КŠ— — — + 2-2 — — — (n

2 j L1 Л L х где 1 — длина фарадеевского невэа2 имного элемента; K — коэффициент пре. образования электрического тока в напряженность магнитного поля,определяемый числом витков и геометричеакими размерами обмотки невзаимного элемента; Р - постоянная Верде; с скорость света E — протяженность

9 1 потока в резонаторе; L - периметр кольцевого резонатора; h — длина волны излучения; n — показатель преломления, — расщепление частот, обусловленное неконтролируемыми невэаимностями оптического резонатора.

10 Фиксируют частоту биений 9 . Иэ1 меняют направление потока через кольцевой резонатор на противоположное, что вызывает изменение частоты биений до значения

Рс cos<

11 = 2E KI — — -- — 2 — 1-=- — (и

2 2 1 ЛЕ.

-1)7 +pe

Далее изменяют частоту полученных биений; регулируя значение электрического тока чевэаимного элемента до эначения Е

2 9 с2 Е СОЗО 2 — 2 KI — ---- — 2 --- — — — (n

З= 2 2 ЛЕ. Л L

Частоту биений 9 изменяют регуз лировкой тока до совпадения с фикси3Î рованной частотой биений при первоначальном направлении потока 11, °

Приравнивая выражения для 1, и 1 з определяют скорость потока

Eg KPc

35 U (Z -т } х 2K cosd (n2 1) 2

Таким образом, скорость потока

V „определяют по разности токов

Ед и Е19 соэдающ х магнитное поле

40 невзаимного элемента при пропускании в прямом и обратном направлениях движущегося потока через резонатор кольцевого лазера.

Из полученного выражения видно, 45 что результат измерения скорости потока V„ íå зависит от длины лазерного излучения Л и периметра кольцевого резонатора L. Уменьшается влияние оптических потерь, вносимых дви50 жмущимся потоком в резонатор кольцевого лазера, которые вызывают дрейф нуля и обуславливают изменение чувствительности измерения, Устройство работает следующим об55 разом, В кольцевом резонаторе 1 лазера между зеркалами 2 — 5 (полупрозрачное) распространяются встречные свеl2?5295

ВНИИПИ . Заказ 6554/34 Тираж 778 Подписное товые волны от лазерного излучателя 6. Начальный разнос частот встречных волн устанавливают невзаимным элементом 7 при воздействии на него магнитного поля обмотки 8, по которой протекает ток от источника II опорного напряжения, величина тока устанавливается переменным резисто.ром 9 и определяется по цифровому миллиамперметру 10. !о

Контролируемый поток со скоростью

Чх движется по трубопроводу 12, который разделяется на два одинаковых по аэро- или гидродинамическому сопротивлению разветвления 13 и 14 с 5 прозрачными окнами 15 и 16. Изменение направления потока производится с помощью вентилей 17 и 18, При движении контролируемый поток под заданным углом с(пересекает два противо- 20 положных плеча кольцевого резонатора 1.

При изменении направления потока вентилями 17 и 18 происходит следующее. 25

При открытом 17 и закрытом 18 вентилях контролируемый поток проходит разветвление 13, пересекая встречные световые волны резонатора 1 через прозрачное окно 15.Конт- 3g ролируемый поток обуславливает ускорение световой волны, движущейся по часовой стрелке, и замедление световой волны, движущейся против часовой стрелки, что и определяет изменение частоты биений, пропорциональное скорости контролируемого потока.

При открытом 18 и закрытом 17. 40 вентилях контролируемый поток проходит разветвление 14 и пересекает встречные световые волны резонатора

1 через прозрачное окно 16. В этом случае происходит ускорение свето- 43 вой волны, движущейся против часовой стрелки, и замедление световой волны, движущейся по часовой стрелке. Это вызывает изменение частоты биений (противоположного знака с SO предыдущим направлением потока),проПроизв.-полигр. пр-тие, r. порциональное скорости контролируемого потока.

Переключение потока эквивалентного изменению направления потока в одном трубопроводе, пересекающем резонатор.

Встречные световые волны частично выводятся из резонатора 1 через полупрозрачное зеркало 5, совмещаются призмой 19 и воспринимаются фотодетектором 20. Формирователем 21 импульсов формируются импульсы с частотой следования биений, которые поступают на цифровой частотомер 22, Постоянство частоты биения при двух направлениях контролируемого потока обеспечивается соответствующей регулировкой тока обмотки 8 невзаимного элемента 7, величину которого измеряют цифровым миллиамперметром 10.

При фиксированном показании часто томера 22 по разности показаний миллиамперметра 10 определяется скорость контролируемого потока.

Формула изобретения

Способ определения скорости потока газа или жидкости, заключающийся в создании режима генерации кольцевого лазера при пропускании потока через его резонатор в прямом и обратном направлениях и расщеплении полученных встречных волн лазерного излучения с помощью магнитного поля, создаваемого электрическим током невзаимного элемента кольцевого лазера, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности. измеряют величину электрического тока невзаимного элемента и фиксируют значение полученной частоты биений для одного из налравлений потока, затем для обратного направления потока изменяют величину электрического тока до значения, при котором частота биений совпадает с фиксированным значением, а скорость потока определяют по разности полученных значений токов, Ужгород, ул. Проектная, 4