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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения локальных скоростей потоков жидкостей и газов.

Известно устройство для измерения скорости движения доплеровским способом. Устройство содержит оптически согласованные лазер, расщепитель, фокусирующий и со-бирающий объективы, поляризационный расщепитель, выполненный преимущественно в виде призг пл Волластона, два фотоприемника, выхода которых через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку измерения частоты 11 .

Недостатком известного устройства является его невысокая точность измерений в оптически активных средах.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет снижения уровня шумов при измерении скорости оптически активных сред.

Поставленная цель достигается тем, что в извес.тное устройство для измерения скорости движения, содержащее оптически согласованные лазер, расщепитель, фокусирующий и собирающий объективы, поляризационный расщепитель, выполненный преимущественно в виде призмы Волластона, два фотоприемника, выходы KOTOf рых через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку измерения частоты, введены последовательно электрически соединенные экстремальный регулятор и исполнительный механизм, при этом вход экстремального регулятора подключен к выходу электронного блока измерения частоты, а выход исполнительного механизма кинематически связан с призйой Волластона.

На чертеже представлена блоксхема устройства.

Устройство содержит лазер 1, излучающий линейно-поляризационный луч 2, расщепитель 3, делящий луч 2 на два луча 4 и 5, фокусирующий объектив б, область 7 измерения, собирающий рассеянное излучение 8 обектив 9, поляризационный расщепитель в виде призмы Волластона 10, световоды 11 и 12, фотоприемники 13 и 14, дифференциальный усилитель 15 измеритель доплеровской частоты 16, экстремальный регулятор 17, исполнительный механизм в виде усилителя 18, исполнительный двигатель 1 механически связанного через редуктор. 20 с поляризационным расщепителем 10, который может вращаться вокруг оптической оси приемной оптики.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 излучает линейно-поляризованный луч 2, который с помощью расщепителя 3 делится на два луча 4 и 5 равной интенсивности. Параллельные оптической оси схемы лучи 4 и 5 фокусируются объективом .6 в область 7 измерения, движущегося со скоростью потока. Рассеянное на частицах назад излучение 8 изменяет свое состояние поляризации и затем собирается объективом 9и направляется на поляризационный расщепитель 10, с помощью которого осуществляется разделение рассеянного излучения на два луча со взаимно ортогональным линейным состоянием поляризации. Один луч с выхода поляризационного расщепителя через световод 11 направляется на фотоприемник 13, а другой луч - через световод 12 на фотоприемник 14.

ПУСТЬ рассеянное назад излучение, как от первого, так и от второго облучающих лучей 4 и 5, имеет линейное состояние поляризации. Причем азимут линейно-поляризованной ассеянной от второго луча волны Е отличается от азимута линейно поляризованной рассеянной от первого луча волны на угол у . В этом случае в результате оптического гетеродинирования на выходе фотоприемника 13 образуется сигнал j

,Ej,5,cos(y-ot,h

C05(X,COS(y-C(4)COSlQ t+(lp -l|-i) ,

I - . «

a на выходе фотоприемника 14 сигнал ;7„

р л

(,,Х

(Х-6-0 05 и Ь(ч ГЧ2Ь 80

(2

коэффициент пропорцио12 Qi,

где нальности; угол между вектором Е и оптической осью ОХ поляризационного расщепления;

Еут,5, т52

амплитуды рассеянных волн су и - фазы первой и второй

рассеянных волн. Поскольку выходы фотоприемников соединены с входами дифференциального усилителя 15, то в результате вычитания сигналов (1) и 2) на выходе дифференциального усилителя образуется сигнал вида

,cos2ot., + Em92Coa2(,+2Etr,5,

Em52lcosi2ot,-yVos(0 i -Ur42 lV С

Переменная составляющая этого сигнала (3) на доплеровской частоте

у имеет 1Иаксимум при ct, .

Выход дифференциального усилителя 15- соединен с входом измерителя доплеровской частоты 16, с помощью которого осуществляется выделение максимума спектра доплеровского сигнала, частота которого пропорциональна скорости потока. К выходам измерителя доплеровской частоты 16 подключен экстремальный регулятор 17, выходной сигнал которого усиливается усилителем 18 и подается на исполнительный двигатель 19, вал которого через редукто 20 вращает поляризационный расщепитель вокруг оптической оси приемной оптики до отыскания максимума доплеровского сигнала.

При выполнений условия od, амплитуда доплеровского сигнала имеет максимальное значение, равное величине доплеровского сигнала при согласованном состоянии поляризации рассеянных, волн.

Таким образом, предлагаемая схема обеспечивает существенное повышение : отношения сигнал/шум, например при отношение сигнал/ шум возрастает более чем в 10 раз

по сравнению с известной схемой, достигаемое за счет использования оптической схемы полного приема рассеянного сигнала в независимости от значений азимутов линейно поляризованных рассеянных волн, а также системы экстремального регулирования и настройки схемы на максимум амплитуды доплеровского сигнала.-, Кроме того, и ос. 45 в

C схеме происходит компенсация низкочастотной составляющей сигнала, наличие которой затрудняет вьщеление .сигнала из помех. В предлагаемой схеме могут быть использованы более мелкие частицы, что позволяет

0

уменьшить методическую погрешность измерения, обусловленную отставанием рассеивающих частиц от потока.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, содержащее оптически согласованные лазер, расщепитель, фокусирующий и собирающ объективы, поляризационный расще;питель, выполненный преимуществен в виде призмы Волластона, два фотоприемника, выходы KOTOIXJX через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку измерения частоты, отличаюцеес я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет снижения уровня шумов при измерении скорости оптических активных сред, в него введешз последовательно электрически соединенные экстремальный регулят ор и исполнительный механизм, при этом вход Экстремального регулятора подключен к выходу электронного- блока измерения частоты-, a выход исполнительного механизма кинематически связан с ПРИЗМОЙ Волласто на.