Устройство для измерения скорости потока Советский патент 1986 года по МПК G01P5/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения скоростей потоков с использованием лазера. Цель изобретения - уменьшение погрешности, На чертеже изображена схема устройства. Устройство, включает лазер 1,, рас ;-щепитель 2, фразовую пластину 3 (в дальнейшем элементы верхней и нижней части чертежа идентичны, поэтому нумерация дается только для верхней части схемы), входную телескопическую систему 4, расщепитель 5 для си темы адаптивного управления волновы фронтом, узел 6 коррекции волнового фронта, выходную телескопическук, систему 7, передающий объектив (фокусирующую линзу) 8, канал 9 с исследуемой средой, зеркало 10, управ ляемый аттенюатор 11, поляризационн расщепитель 12, телескопические сис темы 13 и 14, оптический модзлятор 15, фазовые элементы (пластины) 16 и 17, прозрачные делительные пласти ны 18 и 19, фазовые детекторы 20 и 21, узел 22 дифференциальных усилителей, второй и первый преобразователи 23 и 24 сигналов, собирающ то линзу 25, поляризационный расщепитель 265,фотоприемники 27 и 28,дифференциальный усилитель 29, Узел б коррекции волнового фронта может быть выполнен рефракционного типа в виде ячеек из лрозрачных электрооптических криста.плов. В качестве управляемого аттенюатора можно использовать электроопти ческие з.атворы, заправляемые напряжением преобразователя сигналов 24, выполненного в виде генератора напр жения . Устройство работает следующим об разом. Излучение лазера 1 направляется на расщепитель 2, который формирует два луча равной интенсивности,,. Один из, них проходит через фазовую пласт ну 3, в результате чего плоскость поляризации луча поворачивается на 90°, а затем попадает на исходную телескопическую систему 4о Второй луч, не меняя своей поляризации,,, непосредственно попа,цает на входну{ телескопическую систему. Излучение, пройдя исходную телескопичесжзта сис 071 тему 4, дающую увеличение диаметра луча в К Fg/F раз (где F. и фокусные расстояния первой и второй линз)., поступает на вход расщепителя 5 луча верхнего плеча измерителя. Далее основная часть излучения поступает на узел 6 коррекции волнового фронта и попадает на выходную телескопическую систему 7, которая восстанавливает диаметр луча до исходной величины. Увеличение диаметра луча на участке межд,у фазовой пластиной 3 и фбкусирующей линзой 8 необходимо для обеспечения работоспособности узла 6. Линза 8 фокусирует и направляет лучи как верхнего, так и нижнего плеча в область измерений среды, движу цейся в канале 9-. При фокусировании лучей в разноплотностной среде область пересечения лучей искажается, что приводит к искажению или разрушению интерференционной картины. Пусть в некоторый иомент времени в такзто область попадает частица, дающая интенсивный световой сигнал по сравнению с общим фоном излучения, рассеянного назад всеми частицами из этой области. Этот сигнал, пройдя линзу 8, направляется зеркалом 10 на управляемый аттенюатор- 11, который в исходном состоянии настроен на подавление сигналов, рассеянньк частицами назад, и на пропускание наиболее интенсивного сигнала из области пересечения лучей. Интенсивный сигнал от одной частицы пройдя управляемый аттенюатор 11, попадает на поляризационный расщепитель 12, которьй ориентирован таким образом,чтобы лучи, выходящие из него бьши поляризованы под углами 45° и -45. Далее с помощью телескопических систем 13 и 14 диаметры лучей увеличиваются до диаметра луча, падающего на узел 6 коррекции волнового фронта. Минуя прозрачные делительные пластины 18 и 19, лучи попа,цают на фазовые детекторы 20 и 21. С выхода расщепителя 5 поступает излучение, которое на своем пути проходит через оптический модулятор 15, осуществляющий сдвиг частоты на величину.Q , фазовые элементы 16 и 17, и также направляется на фазовые детекторы 20 и 21 с помощью прозрачных делительных пластин 18 и 19. Оно играет роль опорного сигнала в реализованных схемах фотосмещения, Электрические сигналы с выходов детекторов 20 и 21 подаются на узел 22 дифференциальных усилителей, на выходе которого вьщеляется результи рующий сигнал. Сформированный сигнал коррекции на выходе из узла 22 поступает на второй преобразователь сигналов 23, который вырабатывает сигналы управления для узла 6 коррекции волновог Афронта. Узлы коррекции волновых фронтов формируют фазовые фронты лучей лазера верхнего и нижнего плечей измерителя, которые, пройдя выходные телескопические системы и фокусирующую линзу 8, будут отфокусированы в точку. В этот момент возникает интерференционная картина и в зтот же момент времени при пересечении полос интерференционной картины частицами возникает модуляция интенсивности рассеянного на частицах света на доп леровской частоте, пропорциональная величине скорости потока. Указанные оптические сигналы через линзы 8 и 25, формирующие поток рассеянного из лучения в приемной части устройства, попадают на попяризационный расщепитель 26 и затем на два фотоприемника 27 и 28, выходы которых соединены с дифференциальным усилителем 29.На выходе дифференциального усилителя 29 формируются сигналы на доплеровской частоте, которые по каналу В пос тупают в последующие устройства обра ботки с целью измерения скорости потока. По каналу А указанные сигналы поступают в первый преобразователь сигналов 24 (для верхнего плеча) , где преобразуются в управляющий сигнал, подаваемый на управляемый аттенюатор 11. При поступлении управляющего сигнала на управляемый аттенюатор 11 последний просветляет ся, т.е. обеспечивает поступление излучения, рассеянного назад всеми частицами, находящимися в области пересечения лучей. Таким образом, после исчезновения яркой частицы и области пересечения лучей в каналы, осуществляющие коррекцию волновых фронтов лучей, начинают поступать сигналы от всех частиц, присутствующих в перекрестии лучей, и, следовательно, процесс коррекции продолжается в условиях многочастичного режима. Формула изобретения Устройство для измерения скорости потока, содержащее лазерный доплеровский анемометр в виде оптически согласованных лазера, расщепителя, фазовой пластины, передающеге объектива, приемного объектива, фотоприемной системы, подключенной вьпсодом к электронному блоку измерения, выходы которого соединены с входами двух первых преобразователей сигналов, а также две системы адаптивного управления волновыми фронтами излучаемого поля и два вторых преобразователя сигналов, соединенных выходами с входами двух узлов коррекции волнового фронта, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности, в него введен второй расщепитель, а каждая из систем адаптивного управления волновым фронтом излучаемого поля выполнена состоящей из второго расщепителя, оптического модулятора, двух дополнительных фазовых пластин и дифференциального усилителя, а также оптически согласованных с передающим объективом управляемого аттенюатора, подключенного управляющим входом к выходу первого преобразователя сигналов, и последовательно установленных за аттенюатором поляризационного расщепителя, двух делительных пластин и двух фазовых детекторов, согласованных через второй расщепитель, оптический модулятор и две дополнительные фазовые пластины с первым расщепителем, при этом выходы фазовых детекторов подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом второго реобразователя сигналов.