Способ измерения скоростных характеристик потока жидкости Советский патент 1984 года по МПК G01P5/20 

1 Изобрете.ние относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при исследовании русловых процессов и работы гидротехнических сооружений. , По основному авт.св. № 581435 известен способ измерения скоростны характеристик потока жидкости, вклю чающий визуализацию течения с помощью взвешенных частиц, периодичес кое чередование однократного импуль ного экспонирования и сканирования потенциального рельефа на чувствительной поверхности фотоэлектрического преобразователя, в процессе которого измеряют временные интервалы между синхроимпульсами и сигна лами, сформированными при анализе видеоимпульсов от частиц. Величину скорости определяют по найденным перемещениям частиц за известный интервал времени С 1 Ц. При исследовании высокоскоростны потоков и при измерении пульсационн составляющих скорости обычно увеличивают частоту импульсного преобразования свет-потенциал, что не всегда гарантирует получение теоретической точности измерений из-за снижения отношения сигнал/шум, вызванного расширением полосы пропускания видеотракта фотоэлектрического преобразователя пропорционально частоте сканирования потенциального рельефа. В ряде случаев, например при решении задач диссипации энергии или исследовании пульсационных хараястеристик газовых потоков с высокой частотой пульсаций скорости известный способ не может быть реали зован в связи с технической несущест венностью видеотракта с необходимой полосой пропускания: Например, при формате изображения 1:1, средней разрешающей способности фотоэлектри ческого преобразователя равной 500 и частоте пульсаций скорости 5 кГц необходимая ширина полосы пропускани составляет 10 кГц-1250 мГц. Из-за нейозможности проведения предварительной аналоговой фильтрации высоко частотных составляющих пульсаций еще одним источником методических погреш ностей известного способа при измере НИИ спектральных характеристик пуль саций скорости потока является свертывание пульсационных составляющих, частота которых превьш1ает половину 0 частоты импульсного преобразования свет-сигнал. Известный способ имеет невысокий, независимьй от частоты периодического импульсного экспонирования динамический диапазон измеряемых скоростей, т.е. отношение максимальной измеряемой скорости к минимальной, ограниченньй разрешающей способностью фотоэлектрического преобразователя, и не позволяет определять направление пульсационной скорости. Цель изобретения - повьш1ение точности и расширение диапазона измеряемых скоростей.. Цель достигается тем, что согласно способу измерения скоростных характеристик потока жидкости щ пульсное преобразование изображений частиц исследуемой области потока в потенциальный рельеф на чувствительной поверхности фотоэлектрического преобразователя выполняют путем многократного экспонирования светочувствительной поверхности, серией световых импульсов переменной частоты следования. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего. предложенный способ на фиг. 2 временная диаграмма работы устройства. Изображение исследуемой области потока 1 жидкости (фиг. 1), содержаще.й взвешенные частицы 2 нейтральной плавучести, проецируется через прозрачную стенку гидроканала 3 с помощью, объектива 4 на мишень передающей телевизионной трубки 5 с памятью. Импульсное экспонирование передающей трубки 4 серией световых импульсов обеспечивается затвором 6, выполненным в виде электрического, оптического или электронного прерывателя светового потока, входящего в состав источника 7 света или передающей трубки 5. Частота импульсов в серии непостоянная и изменяется, например, по линейному закону (фиг. 2а). Количество импульсов в серии и их временное положение задаются синхронизатором 8. По окончании цикла экспонирования и выдержки в течение времени , равного времени нарастания потенциального рельефа, производится однократное построечное считьюание изображения с мишени трубки 5 (фиг. 2б). Блок 9 разверток обеспечивает линейный закон развертки и изображения. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 время-код преобразует временные интервалы между видеоимпульсами от частиц и сигналами от синхронизатора 8 в цифровые коды, соответствующие координатам частиц. Поступающие с выхода АЦП 10 координатные коды записываются в буферную память 11. По окончании ;сканирования потенциального рельефа производится вывод видеоданных из памяти (фиг. 2в) со скоростью, необходимой для непосредственного ввода информации в счетно-решающее устройство 12 или на промежуточный нбситель. В случае применения передающих трубок с высокой коммутационной инер ционностью одновременно с выводом , данных из буферной памяти 11 по сигнадам синхррниза:т0ра 8 выполняется несколько циклов стирания остаточного потенциального рельефа с мишени трубки 5. По окончании вывода данных из памяти цикл измерений повторяется Расчет поля скоростных параметров потока выполняется в счетно-ретпающем устройстве 12, исходя из найденньрс перемещений частиц на отдельных участках исследуемой области потока и известных временных интервалов ; между импульсами засветки. . , Использование изобретения позволит увеличить точность и расширить

„JUULJLJl

.Л.Л диапазон измеряемых скоростей путем сужения полосы пропускания видеотракта фотоэлектрического преобразователя, исключения методических погрешностей, вызванных недостаточной частотой измерений и явлением маскировки высокочастотных пульоационных составляющих скорости. Кроме того, за счет переменной частоты повторений импульсов экспони-. рования предлагаемый способ позволяет увеличить динамический диапазон измеряемьвс скоростей пропорционально отношение максимальной частоты импульсов к минимальной в серии импульсов экспонирования что особенно важно, например, при отсутствии предварительной оценки величины скорости потока и высоком градиенте скоростей в предалАх исследуемой области потока, например, при измерении з.пюры скоростей в придонных областях. Переменная частоты экспонирования обеспечивает определение направления течения, что важно, например, при наличии в потоке водоворотных зон. Изобретение можно peanM3OBatb на более простых и удобных в эксплуатации инерционных передакшщх трубках с высоким отношением сигнал/шум, что позволяет уменьшить случайные ошибки измерений.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА ЖИДКОСТИ по авт.св. № 581435, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений и расширения диапазона измеряемых скоростей, импульсное преобразование изображений частиц исследуемой области потока в потенциальный рельеф на чувствительной поверхности фотоэлектрического преобразователя выполняют путем многократного экспонирования светочувствительной поверхности серией световых импульсов переменной частоты следования. Фиг,