Способ определения скоростей частиц
Использование: измерительная техника , определение скоростей движения частиц , представляющих собой оптическую неоднородность. Сущность изобретения: измеряемые частицы освещают оптическим излучением, регистрируют глубину модуляции фототока, возникающей при пересечении частицами многоэлементного фотоприемникз, при этом фотоприемник размещают в зоне дифракции Френеля, на расстоянии L от ограничивающем поток диафрагмы , 1(0,1-0,5)Ямин2/А, где RMMH минимальный типоразмер частицы. Я- длина волны излучения, ограничивают в пространстве поток измеряемых частиц до ширины потока d(0,01-0,2)L освещение производят световым потоком с угловой расходимостыо Q/(0,2-0.01)RMHn/L, определяют калибровочную зависимость k(r). k(r) г г г г i(x-x (t))2-f(y-y (t)2 L J J J ехр . Is, ) SP dx dy dxdy, где Sp - площадь проекции частицы в измерительной плоскости Sr - площадьфотоприемнига,7 1-+й/2;х1,у1-координаты частицы, х, у - координаты в плоскости фотоприемника , а скорость частицы с учетом ее размера определяют (r)W/ г, где W - ширина фотоприемника, т - длитепьность импульсов фототока. 5 ил. СЛ
союз советских
СОЦИАЛИСТИ -! ЕСКИХ
РеспуБлик
{з1)5 G 01 Р 3/36
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4897358/", 0 (22) 29.12,90 (46) 23.10.92, Бюл, M 39 (71) Ленин градский государствен н ый технический университет (72) Д.В.Кизеветтер, М.Я.Литвак и В,И,Малюгин (56) Селиванов В,И, и др. Корреляционный метод измерения скорости. Патентный обзор. Обнинск; ФЭИ, 1979, Wang I.С,F., Tichenor D.À. Particle site
measurement using an optical чаг1аЬ!efrequency-grid technique. Applied Optics,—
1981. — V. 20. — и 8. — Р. 1367 — 1373. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ
ЧАСТИЦ (57) Использование: измерительная техника, определение скоростей движения частиц, представляющих собой оптическую неоднородность. Сущность изобретения; измеряемые частицы освещают оптическим излучением, регистрируют глубину модуляции фототока, возникающей при пересечеСпособ относится к измерительной технике, точнее — к способам определения скоростей и может быть использован для определения скоростей движения частиц, представляющих собой оптическую неоднородность одновременно со способами, позволяющими определять размеры частиц.
Наиболее распространенными способами определения скоростей являются; доплеровская лазерная анемометрия, основанная на измерении спектра излучения, рассеянного дви:кущимися объектами, корреляционные методы, основанные на обработке иэображения частиц или спеклкартин, полученных в различные моменты времени, а также времяпролетные метОды, Классификация методов, основные принципы их работы, достоинства и недонии частицами многоэлементного фотоприемника, при этом фотоприемник размещают в зоне дифракции Френеля. на расстоянии L от ограничивающей поток диафрагмы, L=(0,1 — 0,5)Кмив /Л, где Rvviii — ми2 нимальный типоразмер частицы. ). — длина волны излучения, ограничивают в пространстве поток измеряемых частиц до ширины потока d=(0,01 — 0,2)L, освещение производят световым потоком с угловой расходимос т ь ю e=(0,2-0.,01)Бмдн/1, о и р е де л я ю т калибровочную зависимость k{r). k(r)= ((х — x t) g + (y — у ( (->-р
«dx гну dxdy, где S> — площадь проекции частицы в измерительной плоскости, Sã — площадьфотоприемника, Ы+о/2; х,у — координаты .1 1 частицы, х, у — координаты в плоскости фотоприемника, а скорость частицы с учетом ее размера определяют как 1 =1(г)И// г, где W — ширина фотоприемника, т — длительность импульсов фототока, 5 ил. статки рассморены, например, в справочнике Клочкова и др, (В,П.Клочков, Л.Ф.Козлов, И.В.Потыкевич,М.С,Соснин. Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия. Справочник. — Киев: Наукова думка, 1985. — 760 С.), обзоре Илясова
Л.В. (Илясов Л.В., Соколов В.П. Современные методы и средства анализа гранулометрического состава жидких дисперсных систем. Обзорная информация. Приборы, средства автоматизации и системы управления. ТС-4. Аналитические приборы и приборы для научных исследований. вып. 1, М.:
ЦН И ИТЭ И приборостроения, 1986) п других источниках, За прототип принят способ. оплсанный а статье Ванга и pp. (Wang J.Ñ.F., Tichenoi
0.А. Particle site measurement using an t /0g11
10 0
«2 <
>г> .«>
r1!3
i. „>,3
Of?LjCBj )>аг1а)Э|гэ-(!8ГЭ!)епс>/-<111;1 1<)С11>П1.";ОС>) / ,ppjiQd Ор(1СS,— jn>37,— Ê 20.-!,) Ц.--Р. 1)57<-13 /)/, Да К/1)ОЧа 01/1ИЙС)3 П Сле,!Э)>1г>!1>Р(1 ПС>ТОК
<астиц оснащается сфокусирав;;и;!Ым !43iiуЧЕ)3118 4, С Г)ОМОВghlo ЛII1IЗhl В i!/IC>CKOCT!) 1ÍО
Г30!!I!08 Изоб?ражение еЧавтиц /iO QCTI, ближнее поле дифракци>л}. !$B/IBP анализ>лОуеТ(Л И)ЛП>)>ЛЬС фОТОТОКс> Гl)ЭИ П )pQCQ
ИB>ображения частицы системht фото чувС",витальных элемеHтов с различной толщиk!0»1 .и )-..асстаян иями )48?3<ду ними. CKopocYh
:.BrCTL3Ljht ОПрвдеЛЯ)аГ ПО дЛИтЕЛЬНОСтИ ИМпульса, размеры — по переходу модуляции
СИГИ- .)Ла K ) tr/ Л Ю.
1 3 е д О с Г а т к О м и, э О Г О п1 31 а л в л я (э т с! 1, B ч аС1"!ОС1 И, tl»IÇКЛЯ ТО I!ÎCT Ь апое .>РЛ8)!ИЛ СKO"
) ) 0 r т 8 й, ч т 0 0 б у с л 0 в л с. и О, fl P. д >/ 10 3 Ц Р и и ричи I ой, В Даl I t!îм cnoñОбе àliîëè3è ðóQòñ)1 непосредствс;нно фовма изображения, то
8 т>г бэли)><1 (ял Зава Диф1эс)кЦии, cnQ/?QÃIBTQëb
I I 0, 1 е Г> 1) х 0 Д и 1 1 О и с Г l <э л ь 3 l!)> B l 3»r B ф 0 к У с и 1? У ) Оеiсеи лl111;)ы, > 8;эl<О(э л30(?1эажен!48 частицы
H f l 0 С К а C T L l ф ОТ 0 П р И 8 14 > 3 И К «1 М Ох< Н 0 П О/1У>)ИТЬ /I И В3 Ь В ТО):1 (Э/3У>> а 8, сэСЛ и >>а СТИ Цг? )гЭХО дитс I 1<а заданном Оасстсэл))ии от линзы, ДЛЛ ОСТЗЛЬ)(Е!. < IBСTlil!, Изаб1ЭажеНИ<з б /ДРТ
PLl3t1bl > Ы. .1, Д(>>ИТЕ/1» HOCTh МПУЛ>,ва фо1 ОтоКг1 б?ЯД8". HQCKQ!!hкo бо. 3Ь(08, CQQTBQTCT()QIII ЗI! а ir)113 >Q 13",48 "Эс>с Маl C K<Э(?ОС I 1;)аr! ИЖОНО, L„/ L!l! Ir? ÊB 3 ри ИЗ) 181>8r! ™ r C КO(.ОГ И )>К(33/13 >- ! i I. I м 1 1 (- т 0 д О м c p B B !! 1 т (э /1 » 1 3 О I 3 с б с) л е-! 1 J B ) l II;>, 10 /> . (3/1на ко B нека Q;) >:!х с/1у>(а))х этс и < O i HnC i! 1 i tедо С 1 с) CO × НО. !Р/ть)0 ис>ог>(?Ртен>!3> с)!)л "rpTr я гз»L!÷Ð" i > Q т О I I i 0> c T L! ° и 3 .! Q P Q H i 1! 1 с к О 17 Q cT Q r ., г, i I i i . 10(TB ВЛ (3 3 НаЯ l! Q B b дп, Tr41 вета". Т> "I <)та >>(Э 10! Р>1 ;;.:1")i!1Ê 1? 13м,ri>B!ОТ il 3>3)!Q fl»i< >r)B 1 j ) Q н е л л> ) 3 а 17 и с с In;.3 k 3 L< >4 3 0 т 0 ! ) в 1 > и 3 и« .)Г/)це)Т! Пат(ЭК диа )j?BC)4L,I, г)ви ЭТО)4 2 > j. ->... 1 — 1:>/ j I L1!! O1>i? 3r . ; ;Bio? И Ць(, /:. /3/1 > < г. В" 1 и Ы ИЗ/lу" >8 i!i, 3CTBQ Г)ОТО>; 11,1 г!8 j?я в>4 ЫХ <а(, ГИ> /)О 13J»3>? HI!Ü> П С> Г>ЭК 1 сР (0,01--0.2).3..., освев, низ г! р<э»138<эдят 08<«тсв)-l)1 l!ÎTÎKÎ!1 С уг/)оваи а гл .-,0,2- Е1,3111.1<<я!г?/!., Ofl .ЭОДС 1Ë гаТ ><ЗЛИ>Эг) Г)с>(эчнУ! 3BBП l1t10QTI j 1I: 3<(!/ 3 (>г 1.>я х с1х <1у (Эх<11/. ГF „Q )Г> Пло)цаob C1pC)< г ЦИИ 3.. СТ< ЦЫ I >3) РИТОЛЬ)!C>IЛ ПЛ О!ЦаД>Л; . ;:Г -- (1/)ЕЭ(!!а/>Ь <Ро !О/1Р! i7 -1 .3.2 ° ). о рди 13 ) T> 1, -„ .-,И >3,> Х у — Као>ЭГ)11>!ат)с) В ПЛОС-К<)СТ!и фоfгэп3эисэмника, а ск017 >c1b "с)стиЦы с )г<38ТО/>! cr,. размерB сг редег!л,от как 1 -Ф(Г)"!, г, г> 8 3/ 3/ — J I L 3 p >A 13 B ф ОТ 0 П 1? И В М Н И К а, Т, — дЛ И Т г> Л ЬНОСТЬ »4!с!Г)УЛЬса <3)OT01 ОКа. На фиг, 1 приведена с:<ема ус?ройства, рааЛИЗуЮЩЕГО Зс>ЯВ/)ЯЕМЫЙ С/10СОб: ki;) фИГ, 2 — формы импульсов (1?QTQTQK;!; на фи<. 3— Г)риме<Э Кал)лб>1080 !НО»7 ÇB f!I IC!1) IQCT»J /J/351 (? !1рвделения скорости с учетом размера час (uL1bl, HB (1?иг. 1: > и(тач! I»)K »13/)у>38!(ия, 2 линза, .> — ОГ1?а <и <ива )ащал 1» )ЭОСПОЛаГОЮТ OTI ОСИTB/lbHO Л(>3)33)с) ТаКИМ об-, разом, что в плоскости фотоприемника форМ,1 P Г 8 T С Я И 3 О 15 P B Х« » и L> Е Ч с) С Т»11! Ы . Г< пР8Длаэ(B) KBj?TL31 f3, п1эичем j?BccT 0 I II !>IB вblj?)эа! >о 10K> if4 05рВ3034, Ч Cobk. Oбв<318 li >11> ОДНОЗ>!«Э>IHOQ < Qот)?81ствие между размером дифракционНай КаРтИНЫ И Разме<;Q>K):t; СГИЦЫ. ПРИ Fi1/IbtI1L4K Рс)зме/)ах Ч J;TL> TO!70<4 (3>3/!(1>lllH! f BCQ <Эо iPQ И бОЛ88 б»/г>у1 Сксээ >B;)Tr>с. 3 ДИфааКВИОН)3!.(С -)Г)><1?> К C i, Г< ! <(? I > Це ка)! 110!э нг3стУ/lс)ет тс) к(эй f 1<)(18»! !, КО Гда прл умень(JIQII)3N размера) частицы разМС:.Р ДИфРаКЦИа3)пай КЕ)РТИ)3(г1 П<ЭР<ЗСтаЕТ У) iBH«bвоа ГЬСЯ И НЗЧИ> !ВВТ УВОЛИ I!1L)BT ЬСЯ, Зта Од)!а (R< .т, )та мех<ду (эазмерам длф1эакциан НОЙ КартИ)<ь! и 1ЭОД>"18>ЭОМ 1аСТИЦ i Не б />78T Г/IQ„>),OBBTPf! Ь1 О, PBññTОЯ)I!48 j I I 8/go вbl6»)PBTh таK»33.1, ITQ бы Однозначное соответствие сахра !алась 1>0 (>Г(Г Ti?Qj)/Q)40»4 Диа1!ЗЗОНО !13! 18ГЭ)lе)4ЫХ ч )сTL;II >. />,;?To !)(?3МОЖНО 9 сл/ IBQ, ссл>и > ! - 0,5 i(i> ir>l/b ГДЕ !rr>ir> -- 1<»11I»1143!ih!>ый разМQр l (—,,ИII,Ы -«pебуе!4 и 143 481?!11 I ". — ЕЛ;,IH:"я в(>лны L1,>/)у 3831>4я. Выбирать значение 33)a i i 3 1 Q/f L4 I 0 М 8 I 3 Ь !31 <3 )/ К с? 3 а 13 ) 0 Й Р 8 Л И I »13 Û 31 Е LI r :,— iQсоОбра3Hî; так как, KBK эудет показано ни?1<сх э>о по)pсбует умен,!JJBIIL ширины П 0(;ÒpBÍÑ1 >" а 1?РГИСТ)?с)Ц1(и >аСГИЦ, ЧТО IIQ ВСЕГда Х<>ЭЛатЕ/)Ь)30. Г10ЭТО)4у ИМЕЕТ СМЫСЛ даД ;и ь k! L j (езавис!1)40 ат уст1эайcTUci, аеал>3)ду)аЩ8ГО ДЗННЫЙ СГIОСОО, rlB Сf)810E)0»I П >!QÊ !(аК Л а Л Ы В а Р Т С Я !> О Г) О/1 Н и 1 r! Л Ь Н <Э С 0 Г P B I! i " - 1114 Q 1770911 необходимо обеспечить малу!о углову!о расходимость r!y <ка гт. ВлиЯние угловой расхадимости излучения должно быть п5!енебрежимп мЯлО па сравне1<и!о с диф ракционными эффектами. Для этого должно 5 вь!полняться условие о. (рад)<0,2 Р<
В связи с тем, что поток частиц является протяже lH<=fM и обладает шириной ci, вдоль оптической oct". На расстоянии L также воз- 15 никяет дифракционная картина. Если задать ci«L, Tcl можно считать, что дифракционные эффекты зявисят тОлькО От расстояния l . Однако малая величина с1 может привести к ошибкам, обусловленным 20 конструктивной реализацией способа. Поэтому нижний предел можно задать 0,01 1. Форма импульсов фатотока вычисляется с использованием дифракционной формулы Френеля; 25 Р (т ) C J .(.« ехр X (" )(sp) (х -- x (Tg) . + Ly — у (т) 2Z х с1х г!у dxciy 30 где Z=-L+c1/2 =-.-1; х, у — координаты части1 1 цы; х, у — координаты о плоскости фотоприемника, Sp — площадь проекции о измерительной плоскости; S — площадь фотоприем!!ика. Задав размерь! частиц, решая уравнение P(t)==0.5, определяют калибровочную зависимость k(!). В способе-прототипе и в других аналогичных случаях скорость частицы oï5sàäåë«oT исходя иэ длительности импульса Tiled< ==-1/ .
Проверка работоспособности устройства, созданного на основе указанного способа. Производилась как Е! лабораторных условиях, используя в качестве эталона шарикоподшипники различного диаметра и капли воды, пода!ощие с заданной высоты, так и в полевых условиях на промы!!1ленных разбрызгивающих устройствах. Гоч<<ость измерений составляла 2 — 5%. Способ позволяет измеряTh скоростb частиц на фоне движущихся неоднородностей, в мутных средах, при наличии теплоBhlx потоков и т.п., что невозможно измерить доплеровским и нефелометрическими способами, Одновременно с измерением скоростей частиц возможно Определение их размероо. Формула изобретения Способ определения скоростей частиц. закл<оча!Ощийся в освещении измеряемых частиц оптическим излучением и регистрации глубины модуляции фототока. возника-! ощей и ри пересечении частицами многоэлемеьп.ного фотоприемника, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, фотоприе!Иник размещают о зоне дифракции Френеля на расстоянии 1 от ограничивающей поток диафрагмы, при этом L=(0,1-0,5)Я„,„<,/1., где R««« — минимальный типоразмер частицы. ), — длина волны излучения, ограничивают в пространстве поток измеряемых частиц до ширины потока d=-(0,01-0,2)L. освещение производят световым потокол1 с угловой 2 расходимостью t2 =(0,2-0.01)Rv«« /(, определяют калибровочную зависимость k(r) k(r) =У " 1 У i x-õ Lt) + +(— y (Qt) (sr sp х с1х dy dxdy, 1 1 где Sp — площадь проекции частицы о измерительной плОскОсти частицы; S<- площадь фотоприемника; "=-1+г1/2; х, у — координа1 1" ты частиц; х, у — координаты частиц о плоскости фотоприемника, а скорость <ястиць с y 1>=k(r)Й//<, где W — ширина фотог<р!1ел".ника, <,- длительность импульса фототокя. 7770911 ь о В ъ 05.< 2 4 5 и гА 699 О 1 а 3 Ф 5 т,нн Ьт. 5 Составитепь Д. Кизеветтер Техред ЬЛУЛоргентал Корректор Я. Тка Редактор О. Стенина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп.Гагарина, 101 Заказ 3710 TN p3>!(Подписное ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11Э035, Москва, A<-35, Раушская наб., 4/5
