Способ определения скорости частицы

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скоростей движения частиц в потоках жидкостей и газов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения компоненты скорости вдоль оси визирования. При осуществлении способа устанавливают объектив на бесконечность. В этом случае изображение частицы как точечного объекта строится конусом лучей с основанием в площади отверстия объектива. Для частицы, находящейся на конечном расстоянии от объектива, изображение строится за фокальной плоскостью и концы лучей пересекают поверхность фотоносителя. При этом изображение частицы на фотоносителе имеет вид диска, диаметр которого тем больше, чем ближе к объективу находится частица. Это позволяет определить смещение частицы вдоль оси объектива из соотношения

приведенного в описании изобретения. Скорость частицы определяется как отношение величины смещения частицы к длительности экспозиции. 2 ил.

ÄÄSUÄÄ 1550 24

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4418664/24-10

"(22) 04.04.88 (46) 15.03.".О. Бюл. У 10 (71) Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распределения радиоволн СО AH СССР (72) В.И. Коротеев (53) 532.574(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1267256, кл. G 01 P 3/36, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

ЧАСТИЦЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скоростей движения частиц в потоках жидкостей и газов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения компоненты скорости вдоль оси визирования. При

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости частиц, в том числе в газогидродинамических средах, .Цель изобретения — расширение функциональных возможностей эа счет определения компоненты скорости,ориентированной вдоль оси визирования.

На фиг. I приведено изображение трека частицы малого размера, смещающейся в картинной плоскости и вдоль оси визирования объектива, и денситограммы поперечных сечений трека частицы; на фиг. 2 — схема лучеобразования иэображения двух частиц малого размера на фотоносителе, удаленных (51)5 G 01 P 3/36, G 01 P 5/20

2 осуществлении способа устанавливают объектив на бесконечность .. В э том случае изображение частицы как точечного объекта строится конусом лучей с основанием в площади отверстия объектива. Для частицы, находящейся на конечном расстоянии от объектива, изображение строится эа фокальной плоскостью.и концы лучей пересекают поверхность фотоносителя. При этом, изображение частицы на фотоносителе имеет вид диска, диаметр которого тем больше, чем ближе к объективу находится частица. Это позволяет определить смещение частицы вдоль оси объектива из соотношения, приведенного в описании изобретения.

Скорость частицы определяется как отношение величины смещения частицы к длительности экспозиции. 2 ил. <: на конечное расстояние от объектива, где а, Ь вЂ” места фотометрирования трека (вдоль пунктирных линий) через точки сопряжения боковых линий трека с закруглениями в начале и в конце трека; с, d — денситограммы попе"- речных сечений трека; Н,Н вЂ” макси-. мальные яркости денситограмм в укаI занных сечениях; D D — ширины трека в сечениях по уровню 0,1Н, ОIН,; of of — углы схождения боковых линий трека в сечениях; I 2 — первая и вторая частицы; 3 — объектив с фокусным- расстоянием F и диаметром D

4 — фотоноситель, 5, 6 — места фокусировки конусов лучей первой и второй частиц; D,, 0 †. размеры дисков 1550424 изображений первой и второй частиц на фотоносителе 4; А,, А — расстояния от первой и второй частиц до объектива (сплошные линии — крайние лу5 чи конуса лучей первой частицы, Пунктир — второй частицы).

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают фокусное расстояние бъектива на бесконечность. В этом лучае фотоноситель расположен в фоальной плоскости объектива на растоянии, равном его фокусному рассто- 1 нию „Иэображение бесконечно удаленого объекта строится объективом н окальной плоскости, а объекта, наодящегося на конечном расстоянии от бъектина, — за фокальной плоскостью

Еем дальше, еем ближе раслоложеи бъект.

Изображение частицы, как точечного объекта, строится конусом лучей, рснонанием которого является площадь действующего отверстия объектива.

Для частицы, находящейся на конечном расстоянии от объектива, изображениестроится эа фокальной плоскостью и

Конус лучей пересекает поверхность фотоносителя (фиг. 2) . При этом

Изображение частицы на фотоносителе имеет вид диска, диаметр которого тем больше, чем ближе к объективу находится частица.

Фотографируют частицу с заданной экспозицией. В процессе фотографирования частица смещается н плоскости, перпендикулярной оси объектива (картинной плоскости), и приближается, 40 либо удаляется. от него.

За счет смешения частицы в картинной плоскости трек частицы на фотоносите.lIQ имеет вид черты, образованной перемещением диска иэображения частицы по поверхности фотоносителя. За счет смещения частицы вдоль оси визирования объектива она приближается, либо удаляется от него, диаметр ее изображения на фотоноснтеле изменяется, и трек имеет вид конуса с закруглениями на- концах.

Находят диаметры изображений частицы н начале и н конце трека. Дпя этого фотометрируют трек в начале и в конце через точки сопряжения боко5S вых линий трека с закруглениями и

I 1 определяют ширины трека D, и D no уроныо 0,1Н, где Н вЂ” максимальная яркость трека в сечении при фотомет рировании, Ойределяют углы схождения (, и (2 боковых линий трека в сопряжениях, Линии сечений являются хордами дискон изображений частицы в начале и в конце трека, которые стягиваются секторами окружности дисков, опирающимися на конусы с углами раскрытия при нершине бб/ u d (фиг. 1). В таком случае диаметры D u D дисков изображений частицы определяются из соотношений

D1=D, /cos с(/21 Dg=D g /cos 4g/ е

В соответствии с формулой линзы фокусное расстояние объектива F, расстояние А, от объектива до i-й частицы и расстояние h от объектива до

1 иэображения i-й частицы связаны соотношением

1 1 1 — — + (1)

F А; h; из которого расстояние А от объекти1 ва до 1-й частицы определяется выражением

h1F

h,-F (2)

Поскольку фотоноситель расположен в фокальной плоскости объектива и пересекает изображение частицы параллельно поверхности объектива, между расс тоя нием h . от из об р ажения i-й частицы до объектива, расстоянием F от фо тоносителя до объек тина, диаметром D диска изображения частицы малого размера на фотоносителе и диаметром D объектива выполняется соотношение (фиг. 2)

DI h;-Р

D h. из которого следует, что

h-= (4)

Подставляя полученное значение h в соотношение (2), находят

FD (5) которое определяет сняэь между диаметром диска изображения частицы на фотоносителе D. и расстоянием от объектй1 ва до частицы А. через параметры объектива.

Смещение частицы dA вдоль оси объектива от расстояния А, до расстояния А11 до объектива в процессе экспозиции определяется соотношением и A=A А =РЭ (— - — ), (б)

1 1

01 0

1550424 б ноженного на увеличение объектива, К т. е.

d(,Р— (8)

5

t из которого составляющая скорости частицы вдоль оси визирования объе тива находится отношением величины смещения д А к длительности экспози ции.

Регистрацию частиц необходимо производить с ограниченных расстояний до объектива, поскольку для бесконечно удаленной частицы размер изображения определяется суммарным разрешением d фотоносителя и объектива.

Обычно нецелесообразно производить съемку частицы, если размер ее изображения меньше 1О д, либо больше, чем 1/10 диаметра объектива D. В первом случае затруднительно определять ширину трека, а во втором — изображения нескольких частиц часто перекрываются и затрудняют расшифровку тре- 2р ков частиц.

Подставляя указанные значения минимально и максимально допустимых размеров в соотношении (5) получают, что расстояние съемки А должно удов- 25 летворять следующему соотношению

10F(A (— 7 ((7)

Соотношение (3) выполняется для частиц малого размера, диаметр резко- 30

ro изображения которых сравним с 8.

Для этого достаточно, чтобы диаметр частиц d не превышал размера Ю, умФормула изобретения

Способ определения скорости частицы, заключающийся в фотографировании частицы с известной экспозицией и нахождении скорости как отношение величины смещения частицы к длительности экспозиции, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных. в оэможностей за счет определения компоненты скорости, ориентированной вдоль оси визирования, частицу фотографируют объективом, фокусное расстояние F которого установлено на бесконечность, измеряют минимальный и максимальный диаметры изображений частицы в начале и в конце траектории движения, а величину смещения частицы лА вдоль оси визирования определяют из соотношения

1 1 аА=FD(— — — ), П, Пг где D — диаметр объектива;

D„D г — диаметры изображений частицы соответственно в начале и в конце траектории ее движения.

1550424

Составитель Ю, Власов

Редактор И. Касарда Техред Л.Олийнык- Корректор N.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 269 Тираж 461 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101