Устройство для измерения поля скоростей потока частиц Советский патент 1992 года по МПК G01P5/26 

Изобретение относится к измерительной технике и оптоэлектронике и может быть использовано в гидро- и газодинамике для определения полей скоростей турбулентных потоков светорассеивающих частиц.

Целью изобретения является повышение точности измерения неоднородных турбулентных потоков.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения поля скоростей потока частиц.

Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси источник 1 когерентного освещения, коллиматор 2, транспарант 3, полевую диафрагму 4, элемент 5 вращения пространственного спектра, представляющего собой, например, призму Дове, объектив 6 и сканирующий фотоприемник 7. В качестве транспаранта может использоваться фотоизображение или голограмма. Элемент 5 вращения осу- ществляетповорот изображения пространственного спектра в полости фотоприемника 7 вокруг оптической: оси. Объектив б служит дл я изменения масштаба пространственного спектра при использовании в качестве транспаранта 3 голограммы или для преобразования Фурье изображения фототранспаранта.

Механизм 8 перемещения транспаранта связан с транспарантом 3 и управляется блоком 9 формирования сигналов перемещения транспаранта. Механизм 10 установки размеров полевой диафрагмы связан с полевой диафрагмой 4 и управляется блоком 11 формирования сигналов установки размеров пояевой диафрагмы. Механизм 12 вращения пространственного спектра связан с злементом 5 и управляется блоком 13 формирования сигналов вращения пространственного спектра. Механизм 14 сканирования связан со сканирующим фотоприемником 7 и управляется блоком 15 формирования сигналов сканирования.

На выходе сканирующего фотоприемника 7 последовательно включены преобразователь 16 сигнала сканирования, блок 17 вычисления спектра, блок 18 вычисления плотности распределения, блок 19 вычисления средней скорости и дисперсии. Блок 20 регистрации параметров потока подключен к выходам блоков 9,11,13,19ик входу блока 21 отображения поля скоростей, представляющего собой устройство печати, экран дисплея или графопостроитель Синхронизацию работы блоков 9, 11, 13, 15 осуществляет подключенный к ним блок 22 программного управления, представляющего собой, например, блок цифрового

программного управления на микропроцессоре.

Рассмотрим работу устройства при анализе неоднородного турбулентного потока частиц, записанного на транспаранте 3 в виде многоэкспозицирнного изображения. При этом, исходя из требуемой детальности исследования, все поле изображения условно разбивается на определенное количество

0

квазиоднородных участков, в каждом из которых требуется определить параметры потока, например среднюю скорость, ее дисперсию и направление. Блок 22 управления выдает команды на начало работы блоку

5 9 формирования сигналов перемещения транспаранта и блоку 11 формирования сигналов установки размеров полей диафрагмы. Блоки 9,11 управляют работой соответственно механизма 8 перемещения

0 транспаранта и механизма 10 установки размеров полевой диафрагмы. Механизм 10 устанавливает размеры полевой диафрагмы в соответствии с размерами участка изображения, а механизм 8, перемещая транспа5 рант 3, подводит к отверстию полевой . диафрагмы 4 первый участок поля изображения. Транспарант 3 освещается когерентным светом от источника 1 освещения через коллиматор 2. Пучок света проходит

0 через транспарант 3, отверстие полевой диафрагмы 4, элемент 5 вращения пространст- венного спектра, объектив 6, осуществляющий преобразование Фурье, и. создает в плоскости сканирующего фото5 приемника 7 картину пространственного спектра. После обработки механизмов 8, 10 блок 22 управления выдает команду на начало работы блоку 15 формирования сигналов сканирования. Блок 15 управляет

0 механизмом 14 сканирования, благодаря чему происходит рканирование и съем информации об интенсивности по одному направлению пространственного спектра сканирующим фотоприемником 7, с выхода

5 которого сигнал сканирования поступает на преобразователь 16 сигнала сканирования. Последний позволяет осуществлять сглаживание, суммирование и другие преобразования сигнала сканирования. Блок

0 17 вычисления сггектра производит спектральный анализ сигнала сканирования, поступающего с преобразователя 16. По результатам спектрального анализа а блоке 18 осуществляется вычисление плотно5 сти распределения частиц по скоростям, по которой в блоке 19 определяются средняя скорость потока частиц и ее дисперсия. В принципе, информация о плотности распределения является более пблной, чем средняя скорость и дисперсия, и при необходимости вычисления в блоке 19 могут опускаться.

Таким образом, после окончания сканирования в блок 20 регистрации параметров потока поступает информация о скорости потока частиц отображенного в первом участке поля изображения, в одном направлении, определяемом положением элемента 5 вращения пространственного спектра и направлением сканирования, которое предполагается неизменным.

Далее блок 22 управления выдает команду на начало работы блоку 13 формирования сигналов вращения пространственного спектра, который управляет соответствующим механизмом 12, Последний воздействует на элемент 5 вращения пространственного спектра, благодаря чему происходит поворот изображения и, следовательно, картины пространственного спектра на определенный угол. Поэтому сканирование пространственного спектра.

осуществляемое в следующем цикле, происходит по другому направлению. После проведения сканирования по ряду направлений осуществляется переход к следующему участку поля изображения. При этом вновь работают каналы перемещения транспар1анта и установки размеров полевой диафрагмы. Для нового участка аналогично описанному выше производятся сканирования пространственного спектра в разных направлениях, затем осуществляется переход к следующему участку, и т.д.

В блок 20 регистрации параметров потока поступает информация о величине

средней скорости и дисперсии потока частиц (а в более общем случае - о плотности распределения частиц по скорости) в различных направлениях для каждого участка поля. Эта информация регистрируется блоком 21 отображения поля скоростей потока частиц в виде таблицы цифровых данных или условий картинки поля скоростей.

Редактор

Составитель Техред М.Моргентал

Заказ 567ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениямii открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Корректор М. Куль