Способ измерения скоростей потока частиц Советский патент 1984 года по МПК G01P3/36 

со

О5 СЛ

ОС

V

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА ЧАСТИЦ путем многократной регистрации изображения частиц, получения транспаранта с зарегистрированным изображением частиц, освещения транспаранта когерентным светом и определения скоростей по характеристикам прошедшего через транспарант света, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа за счет возможности измерений в турбулентных потоках, находят область дифракции Фраунгофера для транспортанта, сканируют световое поле в двух ортогональных направлениях в плоскости дифракции Фраунгофера, измеряют углы сканирования и энергетический спектр полученных в результате сканирования сигналов, по которым определяют скорости частиц (Л в потоке.

Фиг. f Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения распределения скоростей в ламинарных и турбулентны потоках жидкости, газа или плазмы. Известен способ измерения скорост частиц, в котором скорость движения каждой отдельной частицы определяетс путем измерения длины трека частицы на изображении, восстановленом с голограммы Z1 . Однако при одном измерении опреде ляется скорость только одной отдельн взятой частицы; необходимо освещать когерентным светом движущийся поток частиц, что не всегда возможно (например, невозможно для самосветящихся частиц или метеоритных потоков); способ неработоспособен при большой концентрации частиц в движущемся потоке, когда велика вероятность пересечения треков. Наиболее близким к изобретению является способ голографической интерферометрии, состоящий из двукратного освещения когерентным свето движущейся жидкости, содержащей рассеивающие неоднородности, двухэкспозиционного голографического регист рирования изображения, освещения голограммы когерентным светом, восстановление изображения потока жидкости измерения на восстановленном изображении ориентации и шага интерференционных полос, по которым судят о величине и направлении скорости С23 Однако известный способ неработоспособен при наличии распределения частиц по скоростям и турбулентности потока и неработоспособен, если на этапе регистрации нельзя освещать поток когерентным светом (например, самосветящиеся частицы), Целью изобретения является расширение области применения способа для турбулентных потоков. Поставленная цель достигается тем, что находится область дифракци Фраугофера для транспаранта с зарегистрированным многоэкспозиционным изображением частиц. Затем сканирую световое поле в двух ортогональных направлениях в зоне дифракции Фраун гофера, измеряют углы сканирования и энергетический спектр полученных в результате сканирования сигналов, по которым определяют скорости част в потоке. Энергетический спектр полученных в результате сканирования сигналов пропорционален функции распределения частиц по скоростям.Множитель пропорциональности зависит от УСЛОЕ1ИЙ регистрации. На фиг. 1 представлено двухэкспозиционное изображение потока частиц; на фиг. 2 и 3 - сигналы сканирования поля в области дифракции Фраунгофера от транспорта; на фиг.4 и 5 - функция распределения частиц по скоростям. Сущность способа заключается в следующем. При двухэкспозиционной фотографической регистрации (фиг. 1) каждая частица на транспоранте изображаемся двумя, расстояние между которыми пропорционально скорости V, , ХОУ введенная система координат для потока частиц. Полученный транспарант освещают корегентным светом и , находят область дифракции Фраунгофера. Если транспортант освещают плоско волной, то зта область находится на расстоянии Z за транспорантом 25 D .... .-, где Z - расстояние между транспарантом и плоскостью 1;аотины дифракций Ооаунгофера; D - размеп изобоажения транспаранта;jL - длинаволны когерентного источника. Если за транспарантом установить апланатический объектив, то картина дифракции Фраунгофера транспаранта будет находиться в месте изображения источника когерентного света. После этого сканируют световое поле в плоскости картины дифракции Фраунгофера в двух направлениях, получают сигналы сканирования (фиг. 2 и фиг. 3), измеряют угол сканирования ct между осью X и направлением сканирования и спектральную плотность полученных в результате сканирования сигналов (фиг. 4 и 5), которая и является функцией распределения частиц no скороспги.По полученным г роекциям строят распределение вектора скорости. Использование предлагаемого изобретения позволяет определять скорости в турбулентных средах, что невозможно ос5ществить существуюиими способами, кроме того, автоматизировать и ускорить процесс измерения.

Щ

и

0ut.2

О Фиг.З

и

и

фиг.4

Фvt.S

fm