Оптический анемометр Советский патент 1985 года по МПК G01P5/26 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении двух ортогональных составляющих скоростей и напряжений Рейнольдса в различных потоках.

Известен оптический анемометр, содержащий оптически согласованные лазер, фокусирующую линзу, первую приемную линзу, электронно-оптический преобразователь с блоком формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки и блоком вертикальной развертки, фотоэлектронный умножитель, подключенный .выходом к первому входу блока запуска j второй вход которого подключен к выходу блока вертикальной развертки, а выход - к блоку формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки, при этом на выходе электронно-оптического преобразователя установлен фоторегистратор, синхронизирующий вход которого соединен с выходом блока вертикальной развертки 1.

Данное устройство принято за прототип.

Недостатком прототипа является невозможность с его помощью измерять две компоненты вектора скорости и напряжения Рейнольдса.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства за счет измерения двух составляющих вектора скорости и напряжений Рейнольдса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее оптически согласованные лазер, фокусирующую линзу, первую приемную линзу, электронно-оптический преобразователь с блоком формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки и блоком вертикальной развертки, фотоэлектронный умножитель, подключенный выходом к первому входу блока запуска, второй вход которого подключен к выходу блока вертикальной развертки, а выкод к блоку формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки, при этом на выходе электронно-оптического преобразователя установле фоторегистратор, синхронизирующий вход которого соединен с выходе блока вертикальной развертки, введены последовательно расположенные

362

между первой приемной линзой и электронно-оптическим преобразователем фотомаска с тремя дифракционными решетками, расположенными в одной плоскости под углом друг к другу, вторая приемная линза, три плоскопараллельные пластинки, диафрагма с тремя точечными отверстиями и третья приемная линза, а

также блок преобразования временных интервалов в цифровую форму, запоминающее устройство и блок представления результатов, при этом фоторегистратор выполнен в виде системы телевизионного считывания, подключенной выходом через последовательно соединенные блок преобразования временных интервалов в цифровую форму и запоминающее

устройство с блоком представления результатов.

Схема анемометра представлена на чертеже. Оптический анемометр содержит лазер 1, передающую линзу 2,

устройство вьщелення и регистрации рассеянного излучения, которое содержит первую (основную входную) приемную линзу 3, диафрагму с тремя дифракционными решетками 4, вторую

приемную линзу 5, три стеклянные плоскопараллельные пластинки 6, диафрагму 7 с тремя точечными отверстиями, третью приемную линзу 8, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 9, вспомогательную

приемную линзу 10; ФЭУ 11, блок 12 телевизионного считьшания, блок 13 вьделения и преобразования временных интервалов в цифровую форму,

запоминающее устройство 14, блок 15 цифровой обработки и представления результатов, а также блок 16 формирования запускающих импульсов, блок

17формирования импульсов затвора и горизонтальной развертки, блок

18формирования импульсов времени регистрации и вертикальной развертки 18.

При этом диафрагма с тремя дифракционными решетками 4 расположена

между основной входной приемной линзой 3 и дополнительной приемной линзой 5, в фокальной плоскости которой расположена диафрагма 7 с тремя точечньми отверстиями. Три плоскопараллельные стеклянные пластинки 6 расположены после дополнительной приемной линзы 5, а

3

вьгкодная приемная линза 8 расположена мезкду диафрагмой 7 с точечными отверстиями и входом ЭОП 9. Выход ЭОП 9 соединен оптически с блоком 1 телевизионного считывания 12, электрический выход которого соединен через блок 13 вьщеления и преобразования временных интервалов в цифровую форму и запоминающее устройство 14с блоком 15 цифровой обработки и представления результатов измерений. Вспомогательная приемная линза 10 расположена под некоторьм углом относительно направления основного лазерного луча, она оптически связана с входом ФЭУ 11, электрический вьпсод которо соединен с блоком 16 форь ирования запускающих импульсов, выход которого соединен с входом блока 17 формирования импульсов затвора и горизонтальной развертки. Выход блока 17 соединен с затворными и горизонтально-отклоняющими пластинами ЭОП 9. Выходы блока формирования импульсов времени импульсов времени регистрации и вертикальной развертки соединены с вертикальноотклоняющими пластинами ЭОП 9, с блоком 16 формирования запускающих импульсов и блоком 12 телевизионного считывания.

Измеритель работает следующим образом.

Излучение лазера 1 фокусируется передающей линзой 2 в исследуемый поток. Полезный сигнал, собираемый приемной линзой 3, направляется на диафрагму с тремя дифракционными решетками 4, ориентированными под углом, в данном случае О, 45 и 90 относительно направления потока. Перле прохождения дифракционных решеток и фокусировки полезного сигнала дополнительной приемной линзой 5 в ее фокальной плоскости получаются локальные полосы интен. сивности от каждой из дифракционных решеток. Пространственное разделение полученных сфокусированных дифракционных изображений на каждое из трех точечных отверстий диафрагмы 7 осуществляется соответственным ориентированием стеклянных пластинок 6.

При пролете рассеивающей частиц вблизи фокальной плоскости линзы 3 имеем соответственное перемещение

364

локальных максимумов интенсивности сигнала, которые при этом сканируются через три точечные отверстия

диафрагмы 7. Частота f получаемого сигнала для каждой составляющей скорости определяется с учетом пространственного ориентирования дифракционных решеток:

, (и/сЛ)созМ,

где и - скорость рассеивающей частицы-, Ч - угол направлением скорости и нормалью к дифракционной рещетке

пространственное разделение

локальных максимумов ин; тенсивности оптического

сигнала в фокальной плоскости линзы 5, определяемое вьфажением:

,

где Л - фокусное расстояние линзы 5; . Лр - длина волны лазерного

из лучения-j

cJ - пространственный период дифракционной решетки,

Таким образом, частоты модуляции , каждого из полученных трех сигналов соответствуют составляющим скоростей, измеренным под углом О,

45 и 90° по направлению к потоку в одной плоскости. Далее полезные сигналы с помощью выходной приемной линзы 8 проектируются в виде точечных изображений с модуляцией интенсивности на входной фотокатод ЭОП 9.

Часть полезного сигнала под углом 0 относительно направления лазерного луча собирается вспомогательной приемной линзой tO и постзгпает на ФЭУ 11, сигналы которого формируются блоком 16 и передним фронтом запускают блок 17, фop rapyющий затворные импульсы и горизонтально-отклоняющие импульсы ЭОП 9. Г, Длительность времени регистрагдаи задается блоком 18,импульсы которого разрешают прохогщение импульсов блока 16,запускающих формирователь

17. Блок 18 задает также длительность времени считьгаания растра ЭОП 9 и формирует импульсы вертикальной развертки ЭОП 9,

Таким образом, при пролете рассеивающей микрочастицы через выбираемый измерительный объем происходит срабатьшание ЭОП от сигналов ФЭУ в начальный момент ее пролета. На выходном экране ЭОП одновременно регистрируются составляющие скорости ,расположенные в одной плоскости, которые представляются в виде растровой записи строк с частотой яркостной модуляции, определяемой выражением (2), Далее сигйалы ЭОП 9 через блок 12

телевизионного считьгоания поступают на блок 13 вьщеления и преобразования временных интервалов в цифровую форму, а затем на запоминающее

устройство 14. Блок 15 цифровой обработки и представления результатов измерений служит для определения распределений двух ортогональных составляющих скоростей, а также для

представления напряжений Рейнольдса, что расширяет функциональные возможности анемометра по сравнению с прототипом.

ОПТИЧЕСКИЙ АНЕМОМЕТР, содержащий оптически согласованные лазер, фокусирующую линзу, первую приемную линзу, электронно-оптический преобразователь с блоком формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки и блоком вертикальной развертки, фотозлектронньй умнояитель, подключенный выходом к первому входу блока запуска, второй вход которого подключен к выходу блока вертикальной развертки,а выход - к блоку формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки, при этом на выходе электронно-оптического преобразователя установлен фоторегистратор, синхронизирующий вход которого соединен с выходом блока вертикальной развертки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения двух составляющих вектора скорости и напряжений Рейнольдса, в него введены последовательно расположенные мелзду первой приемноЙГ линзой и электронно-оптическим преобразователем фотокаска с тремя дифракщюнными решетками, расположенными в схдной плоскости под углом одна к другой, вторая приемная линза, три плоскопараллельные пластинки, диафрагма с тремя точечньми отверстиями и третья приемная линза, а также блок преобра л зования временных интервалов в цифровую форму, запоминающее устройство и блок представления результатов,при этом фоторегистратор выполнен в виде системы телевизионного считывания, подключенной выходом через последовательно соединенные блок преобразования временных интервалов О) в цифровую форму и запоминающее 00 00 устройство с блоком представления результатов. о

/