Устройство для измерения скорости движения протяженных объектов Советский патент 1983 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерителной технике и может быть использовано для бесконтактных измерений скорости движения протяженных объектов, в частности потоков газов и жидкостей, оптическим частотныг/i способом.

Известно устройство для измерения скорости потока газа или жидкости частотным оптическим способом, содержащее оптическую передающую оптику для формирования в потоке с рассеивающими частицами измерительного объема, оптическую регаетку, приемную оптику, фотоприемник и частотный анализатор- 1 ..

Недостатком известного устройства является недостаточно высокое соотношение сигнал-шум, связанное с тем что размеры рассеивающих свет частиц могут быть различными и не оптимальными по отношению к шагу оптической решетки.Это снижает точность измерений скорости потока. Наиболее близки к предлагаемому по технической сущности является устройство, реализующее способ измерения скорости протяженного объекта, например потока жидкости или газа, содержащее оптическую решетку с переменной пространственной частотой, передающий и приемный объективы и фотоприемник, подключенный к анализатору спектра. fJar оптической решетки (пространственная частота) в. известном устройстве меняется путем изменения масштаба изображения. С помощью известного устройства можно не только менять-шаг решетки, подбирая тем самым максимальное соотношение сигнал-шум ДЛЯкаждого размера частиц в потоке, но и применять компенсационный способ измерения, заключающийся в том, что сигнал на выходе анализатора спектра поддерживают постоянным в процессе измерений путем соответствующего изменения шага решетки, а о скорости судят по величине этого шага Г2.

Однако устройство обладает недостаточно высокой точностью, сложностью оптической схемы, связанной с механическим способом изменения шага оптической решетки. Наличие кинематических связей приводит к перекосу оптической решетки относительно направления потока. Кроме того, подобный способ изменения шаг решетки затрудняет съем информации о размерах шага (пространственной частоты) решетки при реализации компенсационного способа измерений. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства при расширении, диапазона измеряемых скоростей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем оптическую решетку с переменной про транственной частотой, передающий и

приемный объективы и фотоприемник, подключенный к анализатору спектра, оптическая решетка выполнена в виде металлической нити, подключенной к 1сточнику тока, акустического излучателя, подключенного к генератору синусоидальных колебаний, и акустического отражателя, установленного с возможностью перемещения напротив акустического излучателя, при этом металлическая нить расположена между акустическими излучателем и отражателем параллельно направлению движения объекта.

На фиг. 1 предсталена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -временная диаграмма,поясняющая образование оптической решетки в акустическ-ом поле стоячей воды.

Устройство (фиг, 1) содержит металлическую пить,-расположенную в .цилиндрическом кювете 2, выполненной стеклянной или кварцевой трубки, На концах кюветы 2 закреплены акустический излучатель 3, например пьезошайба, и отражатель 4, расположенный напротив акустического излучателя 3, Последний выполнен в виде металлического поршня, перемещающегося вдоль кюветы 2 , Металлическая пить 1 подключена к источнику 5 тока,

0 кустический излучатель 3 - к генератору б синусоидальных колебаний. Ме1аллическая нить 1 расположена между акустическим излучателем и отражатегем параллельно направлению движения объекта,

Объектив 7 проектирует изображение нити 1 в исследуемую область потока 8. Объектив 9, расположенный в общем случае под углом к оптической сси объектива 7, собирает рассеиваемый частицами потока света при сечении последними измерргтельного объема 8 проектируя его на фотоприемник 10, подключенный к анализатору 11 спект ра.

Устройство работает следующим образом.

Через металлическую нить 1 пропускают электрический ток, вызывающий свечение последней. Включают генератор б, При этом вдоль нити 1 распространяется акустическая волна. Посредством перемещения отражателя 4 изменяют расстояние между излучателем 3 и отражателем 4 таким образом, чтобы между ними укладывалось целое число полуволн.При этом реализуется условие образования стоячей волны,что характеризуется наличием (в определенных местах нити 1) чередую пихся . пучностей 12 и узлов 13 (фиг« 2}. Это приводит к тому, что в определенных местах (в пучностях) нагретая нить 1 испытывает повышенное охлаждение и гаснет, а в других (узлах) продолжает ярко светиться. Поскольку.

распределение интенсивности акустического поля вдоль нити 1 подчиняется синусоидальному закону, то нагретая до свечения нить в поле стоячей акустической волны будет представлять собой оптическую решетку (1-4) с идеальным гармоническим распределением яркости. Шаг решетки легко изменяется изменением частоты колебаний, подаваемых с генератора 6

Решетка 1-4 проектируется объективом 7 вдоль потока в исследуемый объем 8. Пролетая чередуюищеся светлые и темные полосы частицы рассеивают свет с частотой, пропорциональной скорости потока и шагу решетки. Рассеянный свет регистрируется фотоприемником 10, фототок с которого анализируется блоком 11.

Ь предлагаемом устройстве могут реализовываться два способа измерени скорости потока. В первом способе информацию о скорости несет частота, регистрируемая фотоприемником 10. При этом предварительно изменением

частоты акустического поля в кювете 2 меняют шаг оптической решетки 1-4 до получения максимального соотношения сигнал-шум.

Во втором способе поддерживают -частоту на выходе фотоприемника 10 постоянной при любой скорости соответствующим изменением шага решетки 1-4. А о скорости потока судят по частоте решетки, пропорциональной чартоте генератора 6.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает повышенной точностью измерений скорости потока, вытекающей из более прогрес;сивного способа измерения шага (пространственной частоты) решетки. Отсутствие кинематических связей, гармонический характер пространственной модуляции светового потока, быстрое и удобное изменение частоты модуляции позволяет существенно повысить

точность измерений скорости потока, а также удобства при работе.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащее оптическую решетку с переменной пространственной часто той, передающий и приемный объективы и фотоприемник-, подключенный к анализатору спектра, отличающееся тем, что с целью упрощения конструкции устройства при расширении диапазона измеряемых скоростей, оптическая решетка выполнена в виде металлической нити, подключенной к источнику тока,акустического излучателя, подключенного к генератору синусоидальных колебаний, и акустического отражателя, установленного с возможностью перемещения напротив акустического и:злучателя, при этом металлическая нить расположена между излучателем и отражателем параллельно направлению движения объекта.