Оптический доплеровский измеритель двухточечных корреляций скорости турбулентного потока Советский патент 1984 года по МПК G01P5/26 

2. Измеритель по п.1, о т л и-. чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения не только fioперечных, но и продольных двухточечных корреляций скорости турбулентного потока, в него дополнительно

.введены оптически согласованные с блоком формирования третьего зондирующего пучка пары полупрозрачных и глухих зеркал, установленных соответственно перед и за исследуемым потоком, между электрооптическим коммутатором и фотоприемным устройством.

1. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДВУХТОЧЕЧНЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ СКОРОСТИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные лазер, частотный модулятор, блок формирования двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующих- пучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключенную к вькоду фотоприемного устройства, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и повышения точности, в него введены блок формирования третьего зондирующего пучка, смещенного по частоте относительно первых двух зон- S дирующих пучков, установленный на сл оптической оси фотоприемного устройст ва, а также электрооптический коммутатор, установленный между блоком .формирования третьего зондирующего 2 .пучка и фотоприемным устройством.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения двухточечных корреляций турбулентньгх пульсаций скорости, что необходимо при исследованиях пространственной структуры турбулентности. Известно устройство, содержащее лазер, блок деления пучка, два акустоойтических модулятора, сметему формирования двух пар зондирующих пучков, систему сканирования, приемная оптическая система содержи дра фотоприемника, сигналы с выхода которых поступают в систему аналоговой корреляционной обработки, формирующую спектр произведения дву сигналов. Принцип действия измерите ля основан на спектральном анализе двух доплеровских сигналов и анализ их спектра электронного перемножения til. Недостатком измерения является относительная сложность конструкции Известен также оптический доплеровский измеритель двзгхточечных корреляций скорости потока, использующий когерентный режим работы ЛДА лазерного доплеровского анамометра, при котором доплеровский сигнал является результатом интерференции во рассеянных частицами, находящимися в разных точках потока. Измеритель содержит последовательно установлен ные и оптически согласованные лазер частотный модулятор, блок формирова ния двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующих пучков, и систему регистра ции доплеровского сигнала, подключе ную к выходу фотоприемного устройст ва t 21. Недостатком измерителя является сложность настройки прибора, в частности фотоприемного устройства, оптическую ось которого трудно направить в точки измерения, обеспечив при этом точное пересечение оси приема рассеянного света ojHOBpeMeHHo с двумя зондирующими пучками. Устройство характеризуется также необходимостью проведения дополнительных измерений локальных пульсаций скорости в двух точках потока. Оптическая схема прототипа не позволяет это сделать наряду с измерением когерентного сигнала в двух фиксированных точках потока. Ъсе это усложняет процесс измеренТ й пространственных корреляций, приводит к необходимости проведения дополнительной серии локальных измерений с помощью традиционных схем лазерных доплеровских анемометров и, в конечном счете нарушая пространственное, а также существенно-временное разрешение измерения, приводит к снижению точности проводимых корреляционных измерений. Целью изобретения является упрощение процесса измерения и повьшение его точности. Поставленная цель достигается тем, что в оптический доплеровский измеритель двухточечных корреляций скорости турбулентного потока, содержащий последовательно установленные и оптически.согласованные лазер, частотный модулятор, бЛок формирования двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующих пучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключенную к выходу фотоприемного устройства, введены блок формирования третьего зондирующего пучка. смещенного по частоте относительно первых двух зондирующих пучков, установленный на оптической оси фотоприемного устройства, а также злектрооптический коммутатор, установленный между блоком формирования третье го зондирующего пучка и фотоприемным устройством, Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения не только поперечных, но и продольных двухточечных корреляций скорости турбулентного потока, в него дополнительно введены оптически согласованные с блоком формирования третьего зондирующего пучка пары полупрозрачных и глухих зеркал, установленных соответственно перед и за исследуемым потоком между злект рооптическим коммутатором и фотоприе ным устройством. На фиг.1 представлена структурная схема предложенного устройства; на фиг.2 - геометрия зондирующих пучков при измерениях корреляций в точках, рас.положенных в потоке произвольно. Устройство содержит лазер 1, частотный модулятор 2, блок формирования зондирующих пучков 3, блок формирования дополнительного зондиру щего пучка 4, фотоприемное устройство 5, электрооптический коммутатор, включающий в себя подвижный экран 6 регулятор напряжения 7 высоковольтного блока питания 8. Кроме того, устройство содержит систему регистр ции 9, исследуемый поток 10,пары полупрозрачных и глухих зеркал 11 и 12, установленные соответственно перед и за исследуемым потоком. Устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1 попадает в модулято 2, который расщепляет пучок на несколько дифрагированных и задает частотный сдвиг между соседними лучами. Оптическая схема 3 формирует два параллельных сфокусированных пучка и направляет их в исследуемый поток 10. С помощью устройства 4, наприме системы призм или зеркал, третий зондирующий пучок,смещенный по част те относительно первого и второго з дирующих пучков, фокусируется в поток для пересечения с параллельными пучками. Фотоприемное устройство настраивается таким образом, что дополнительный пучок направляется через апертур ную диафрагму (не обозначена), объектив и полевую диафрагму на поверхность фотоприемного устройства 5. Электрооптический коммутатор попеременно то закрывает, то открьгоает на время равное периоду измерения, дополнительный лазерный пучок с помощью подвижного зкрана 6. При открытом пучке в поле зрения фотоприем юй системы попадают сразу обе точки измерения. Спектры доплеровских сигналов при этом разнесены по частоте. При закрытом пучке схема работает аналогично прототипу, и система 9 регистрирует когерентный сигнал, несущий информацию с корреляцией скоростей. Уровень когерентного сигнала, образующегося при фотосмешении рассеянных световых волн на порядок ниже некогерентного,получаемого при прямом попадании опорного пучка ,-, в фотоприемник. Поэтому синхронно с движением экрана 6 осуществляется переключение высоковольтного напряжения блока питания 8 ступенчатого регулятора 7. Это открывает возможность подключения ЭВМ для автоматизации процесса измерения. Для изменения конфигурации точек измерения, в частности для измерения продольных корреляций скорости, устройство может быть дополнено системами деления - согласования пучка в виде пар полупрозрачных и глухих зеркал 11,12, установленных в оптической схеме (фиг.2). При этом устройство работает аналогично описанному. Технический эффект предложенного устройства состоит в улучшении его эксплуатационных характеристик, что выражается в упрощенной и более точной ластройке (юстировке) оптической фотоприемной системы устройства по прямому попаданию дополнительного пучка в диафрагму фотоприемника, в.точной настройке пересечения этого пучка и двумя исходными пучками, что значительно проще и точней, чем обеспечение пересечения невидимой оптической оси приема рассеянного света с пучками в прототипе. При этом расширяется диапазон измеренных параметров, так как предлагаемое устройство за время, определяемое быстродействием электрооптического ком1 гутатора

и регистрирующей аппаратуры, изме-время как при применении прототипа

как локальные, так и пространст--требуются, дополнительные измерения

венные характеристики турбулентноголокальных характеристик с испольпотока, что необходимо для расче-зованием других оптических систа коэффициента корр,, в то .5тем.

и