Лазерный доплеровский измеритель скорости потока в межлопаточном канале турбомашины Советский патент 1992 года по МПК G01P5/26 

Изобретение относится к. измерительной технике и может быть использовано для определения параметров потока на вращающихся элементах турбомашин, в частности в осевых компрессорах.

Целью данного предложения является повышение точности измерений.

Сущность изобретения поясняется . фиг.1, на которой показана блок-схема лааврного измерителя и его расположени е по отношению к объекту исследования, и на фиг.2, где приведена временйая диаграмма работы основных элементов устройства.

Лазерный измеритель (фиг.1) содер- . жит лазер -1 и последовательно соедигненные приемно-передающий оптикоэлектронный блок 2, измерительно доплеровской частоты 3, выход котороОго подсоединен к первому входу измерителя угловой координаты 4, ко второму входу ко.торого подсоединен выход датчика оборотов 5, установленел о но го на валу корпуса, а также ко входу амплитудного дискриминатора: 6, формирователь импульсов 7 и измеритель шаговой координаты 8. Выход прйемно-пёредающего оптико-электронного блока 2 соединен с входом амплитудного дискриминатора 6, выход которого соединен с первьш входом формирователя импульсов 7, второй вход которого соединен с выходом приемно-перёдающего оптико-электронного блока 2, а выход пикового формирователя 7 соеди . 1

нен с первым сходом измерителя шаговой координаты 8, второй вход которого соединен с выходом измерителя доплеродской частоты 3.

В качестве изз чаемого объекта изображен осевой компрессор 9 с лопатками 10, на некотором радиусе которых расположен измерительный объем 11, образованный лазерными лучами 12. Для проведения оптических измерений над лопатками установлено оптическое окно 13 в корпусе 14.

На фиг.2а показаны импульсы напряжения на выходе датчика оборотов 5. Временньп интервал между ними соответствует одному обороту турбомашины. .

На фиг.26 приведены импулнсы напряжения с выхода приемно-передающего оптико-электронного-блока 2. Эти импульсы появляются в момент пересечения измерительного объема ,11 либо поверхностью лопатки 10, либо частицей, содержащейся в потоке. . . В первом случае 11мпульс имеет колоколообразную форму, причем он достигает своего экТремального значения в тот момент, когда центр измерительного объема находится на поверхности лопатки. Длительйость импульса определяется, в основном, размерами измерительного объема и скоростью вращения турбомашины, а его амплитуда зависит, от состояния поверхности лопат1си и угла между поверхностью лопатки и лазерными лучами и, следова тельно, может изменяться от лопатки к лопатке. - -

Во втором случае, при пересечении измерительного объема микронной частицей, содержащейся в потоке и движущейся практически со скоростью ..потока, на выходе из приемно-передающего оптико-электронного блока появляется сигнал, частота которого прямо пропорциональна скорости частицы в момент пересечения ею измерительного объема, а амплитуда существенно меньше минимальной амплитуды импульса от лопатки. Различие амплитуд объясняется тем фактом, что микронная частица рассеивает энергию, равную 10 -10 .от энергии падающего излучения, в то время как интенсивность света, рассеянного твердой поверхностью, на « несколько порядков больше.

Напряжение с выхода приемно-передающего оптико-электронного блока 2 поступает на вход измерителя частоты

99056 сигнала 3. Так как в импульсах от лопаток нет высокочастотного заполне- ния, то измеритель частоты сигнала 3i на них не реагирует. При появлёшш же на его входесигнала от частицы, измеритель частоты сигнала 3 практически мгновенно определяет ее скорость (илформация о скорости поступает на ЭВМ или в какой-нибудь накопитель) , на своем командном выходе вырабатывает импульс ИГ (фиг.2д), который поступает на первый вход измерителя угловой координаты-4 (фиг.1). На его второй вход поступают.импульсы от датчика оборотов 5. По этим импульсам измеритель угловой координаты 4 определяет время, затрачиваемое на один оборот Tp-j- (фиг,2а), а также временной интервал , прошедший от момента появления оборотного импульса до момента появления импульса НГ (фиг.1д). Угловые координаты (номер межлопаточногоканала) определяются

оБ

5 отношением Ц)

В то же, время

оЕГ

точное полохсение измерительного объема в мехшопаточном канапе в момент измерения скорости неизвестно, так как шаг лоПаток t, t, t (фиг..2г) может изменяться как вследствие неточности их изготовления или размещения по окрзгашости, так и вследствие . колебаний лопаток при работе турбомашины. Для устранения этих ошибок .на5 -пряжение с выхода приемно-передающего : оптико-электронного блока 2 (фиг.1) поступает так же на входы амплитудно. го дискриминатора б и формирователя ю-шульсов .7.

0 Функция амплитудного дискриминатора - разделение импульсов по амплитуде. На его выходе появляется импульс тогда и только тогда, когда амплитуда, импульса на входе в него превышает

5, (по модулю) пороговое напряжение

(фиг.2в). Уровень порогового напряжения выбирается таким, чтобы он был меньше амплитуды 1дапульса от лопаток, но больше ампдитуды импульса частиц.

0 Формирователь импульсов7 имеет ; два входа: первый вход управления, .-, связанный с выходом амплитудного ДИ-. скриминатора б, и второй -. сигналь- ньй, связанный с выходом приемно-пе-, редающего оптико-электроннргб блока . 2. При появлении на перйом входе-вы- ходе управления разрешаювцего импульса от амплитудного дискриминатора,пиковьтй формирователь вырабатьшает импульс, передний фронт которого совпадает с экстремумом импульса, при шедшего с выхода приемно-передающего

оптико-электррнного блоки 2, т.е. с

тем моментом времени, когда центр измерительного |)бъема лежит на поверхности лопатки .

Измеритель коордайатД I определяет временные интервата tjj-H, ; Т (йиг.. 2г) ОТ; момента щресечйГйя : лопаткой измерительного объема до

мЬмента измерения скрррс;ти;по1ока й-. момента пе|1есечения измери ел ного

объёма itpB.epXHOcTbH) спецуище jto-

ипатки.. Отношение этих временных интервалов есть искомая относительная

.л . ... ..-. ,/..- Ti

шаговая- координата t , Измеряя

-... , .,. . .. Л :.

мгновенное значейИе скорости V и истиннзпо шаговую 4соордайиту Т -измери. тельного объема в момент измерения скорости можно, используя методы статистической обрабрт1си .информации, по нескольким -тысячам измерений V и t найщ распределение скорос ги потрка и меящ6па-точномЩ|14ле, рабочего колеса от/ opepxHoj: . 0 6H9Й|л6пaтки до поверхности PJiToft лопатйс и.

ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРрВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА В МЕЖЛОПАТОЧНОМ КАНАЛЕ ТУРБО МШИНЫ, содержащий последовательно соединенные приемнопередающий оптико-электронный .блок, измеритель доплеровской частоты и измеритель угловой координаты, а также датчик оборотов, подключенный выходом ко второму входу измерителя угловой координаты, отличающийся тем, что., с целью повьшения точности, в него введены амплитудный дискриминатор, формирователь импульсов и измеритель шаговой координаты, при этом выход приемно-перёдающего оптикоэлектронного блока соединен с входом дискриминатора и первым входом формирователя импульсов, выход амплитудного дискриминатора подключен ко второму входу формирователя импульсов, подсоединенного выходом к первому входу измерителя шаговой координаты, второй вход которого подключен к выходу измерителя доплеровской частоты.

Оборотные/ Uft/jy/ьс

titJtf импульс от / частицы f -,