Устройство для измерения скорости звука в гиперзвуковом газовом потоке Советский патент 1986 года по МПК G01M9/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для исследования потоков в аэродинамических трубах. Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности производимых измерений. На чертеже изображена принципиальная схема устройства. Устройство содержит две плоскопараллельные пластины 1, жестко соединенные клинообразными стойками 2 между собой и с державкой 3. В одной из 1;ластин 1 расположен датчик 4 ста ,тического .давления. Державка-3 жестко соединена с корпусом 5 лазерного интерферометра. Б корпусе 5 расположены лазер 6 с расщепителем 7 луча и с поворотными зеркалами 8, короткофокусная линза 9 и экран 10, снабженный щелью 11 и соединенный с волоконным световодом 12 фотоэлектронного умножителя 1 Нижняя пластина 1 снабжена оптическим окном 1Д, а верхняя - зеркалом 15, расположенными соосно с продольной осью лазера 6. Лазер 6 и фотоумножитель 13 соответственно соединены с блоками 16 и 17 питания. Датчик 4 статического давления и фо- гоумножитель 13 соединены через усилители 18 и 19 со светолучевым осциллографом 2 Корпус 5 лазерного интерферометра за крепляется на месте оптического окна в рабочей части аэродинамической установки. Устройство работает следующим образом. Луч лазера 6, проходя расщепитель 7, разделяется на зондирующий 2 и опорный 22 лучи. Луч 21 из расщепи теля 7 проходит через канал державки 3 и оптическое окно 14 и вводится в газовый поток между пластинами 1, затем отражается от зеркала 15, внов проходит через газовый поток и попадает на расщепитель 7, где разделяет ся и падает на одно из поворотных зеркал 8, с помощью которых лучи 21 и 22 пересекаются внутри короткофокусной линзы 9 и образуют интерферен ционное поле, увеличенное изображение которого проектируется на экран 10. Через щель 11, расположенную параллельно интерференционнь1М полосам на экране 10, свет от фиксированного участка изображения интерференционно го поля подается через волоконный 1 21 - 1 ветовод 12 на фотоумножитель 13. Электрический сигнал с фотоумножителя 13, пропорциональный интенсивности света, падающего на щель экрана 10, через усилитель 19 подается на светолучевой осциллограф 20, на который через промежуточный усилитель 18 hoдается сигнал с датчика 4 статического давления. Среднее значение интенсивности суммарного поля Ivx t) в области пересечения двух монохроматических волн одинаковой частоты равно l(x,t).2A,A,cos - -2- --y-x. + (t)j,(1) где X - координата по оси, перпендикулярной биссектрисе угла пересечения лучей 21 и 22; амплитуды волн лучей; А,,Л, период интерференционного 2s i иЫ/2 поля; длина волны лазера; угол пересечения лучей; (t.. f,)-разность фаз двух лучей. Разность фаз 4(t) в формуле (1) для рассматриваемой схемы интерферометра является функцией только плотности газа между пластинами 1, так как разность хода оптических лучей 21 и 22 внутри державки 3 и корпуса 5 является постоянной величиной. Пои изменении плотности газа интерференционная картина приходит в движение и электрический сигнал с фотоэлектронного умножителя 13 становится синусоидальным, при этом число периодов сигнала прямо пропорционально изменению плотности газа между пластинами 1. Для обеспечения необходимой пространственной разрешающей способности и для защиты фотоумножителя от перегрузки при регистрации светового сигнала ширина щели 11 выбирается по формуле R (0,1 0,15)Ь,(2) где Q - ширина щели; Ь- ширина интерференционной полосы на экране 10. Используя градуировочные графики, определяют статическое давление и статическую плотность (по числу периодов синусоидального сигнала фотоэлектронного умножителя на осцилло-, грамме светолучевого осциллографа при изменении уровней плотности гйзт от известного до измеряемого), а ско рость звука V определяют расчетным путем lio формуле. , Р„ где У - отношение теплоемкостей; статическая плотность; PC статическое давление газа. Использование изобретения в аэродинамических исследованиях существен но повьшает надежность, быстродействие и точность определения квазИлокальной скорости звука в гиперзвуковых газовых потоках, дозволяет расширить диапазон применения в газовых потоках как с высокой, так и с низкой статической плотностью рабочего газа Формула изобретения Устройство для измерения скорости звука в гиперзвуковом газовом потоке содержащее державку, две плоскопараллельные пластины, установленные параллельно друг другу и скрепленные с державкой, регистрирующую аппаратуру с датчиком статического давления, установленным на одной из пластин. н с установленным в державке датчиком плотного газа с последовательно установленными волоконным световодом и фотоэлектронным умножителем, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности производимых измерений, датчик плотности газа выполнен в виде двухлучевого лазерного интерферометра, корпус интерферометра соединен с державкой, устройство снабжено последовательно установленными линзой, расположенной в месте пересечения опорного и рабочего лучей интерферометра, и проекционным экраном, выполненным со щелью, ширина которой определяется зависимостью а (0,1-0,15)Б, где Q- ширина ще.пи; ширина интерференционной полосы на экране, входной торед волоконного световода оптически связан с проекционным экраном, в ближней к интерферометру пластине выполнено оптическое окно, дальняя от интерферометра пластина снабжена зеркалом, оптическое окно и зеркало расположены Соосно с оптической осью устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в экспериментальной аэродикамике. Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности производимых измерений. Газовый поток направляется в зазор между двумя плоскопараллельными пластинами, скрепленными друг с другом и с державкой. На нижней пластине установлен датчик статического давления. Датчик плотности газа расположен в корпусе. скрепленном с державкой. Он содержит двухлучевой интерферометр, линзу, экран, световод и фотоэлектронный умножитель. Зондирующий луч интерферометра вводится через окно в газовый поток между пластинами, затем отражается от зеркала и после интерферирует в линзе с опорным лучом. Увеличенное изображение интерференционной картигсы нроецируется на экране со целью, ширина которой равна 0,1 0,15 внфины изображения интерференционной полосы. Разность фаз лучей зависит только от плотности газа между пластиназии. Электрический § сигнал с уьшожителя и сигнал с датчиW ка статического давления через промежуточные элементы подаются на регистратор. Скорость V звука определяют расчетным путем по известной формуле где f- отношение теплоемкостей} плотность газа; f - статическое давление газа, t ил.