Волоконный зонд доплеровского анемометра Советский патент 1986 года по МПК G01P3/36 G01P5/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей объек тов и потоков в труднодоступных местах, в частности в медицине, теплоэнергетике, нефтехимической промышленности. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона измеряемых скоросте На фиг.1 приведена схема предлагаемого зонда; на фиг. 2 - поле свет вода, падающего на щелевую диафрагму на фиг. 3 - схема двухкомпонентного доплеровского анемометра. Волоконньй зонд доплеровского ане мометра содержит источник 1 когерент ного излучения, перестраиваемый узел селективного возбуждения мод, связан ньй с многомодовым световодом 4. Узе селективного возбуждения мод может быть выполнен в виде последовательно расположенных перед световодом 4 пло копараллельной пластины 2, снабженной механизмом наклона к оптической оси, и объектива 3, сфокусированного на торец световода 4. Объектив 3 предпочтительно выбирают длиннофокус ным для возбуждения малого числа мод световода 4. Выходной торец световода 4 с помощью диафрагмы 5 и объект тива 6 сопряжен с областью измерения 7. Щелевая диафрагма 5 помещена в ближней зоне объектива 6 (фиг.2) либо с одной, либо с другой стороны. Фактически диафрагма 5 помещена на таком удалении от световода 4, на котором различные модовые группы можно уже считать разделенными в пространстве. Ширина щели диафрагмы 5 не должна превышать четверть диаметра апертуры световода 4. После световода 4 пелесообразно помещать поляризатор. Дифференциальный доплеровский анемометр, кроме предложенного зонда, может содержать приемную волоконно-оптическую систему, фотодетектор и доплеровский процессор. На основе волоконного зорща может быть также предложена схема двухкомпонент ного доплеровского анемометра (фиг.З Анемометр содерлсит наклонное зеркало 8, обращенное к объективу 3 с радиальной щелью, оптически связан ные с ним объектив 9 и фотодетектор 10, электрически связанный с доп леровским процессором 11, например, анализатором спектра.. Формирование интерференционного поля волоконным зондом происходит следующим образом. Излучение источника 1, смещаясь относительно оптической оси после прохождения через наклонную плоскопараллельнуй пластину 2, с помощью объектива 3 вводится под углом Q узким пучком в световод 4 Q i/f,sinix:(1-cosiX/- jn2-sin2c,), (1) толщина пластины 2; показатель преломления ее материала;угол наклона пластины к оптической оси; фокусное расстояние объектива 3 . В световоде 4 возбуждается группа . мод, поле которых на выходе, световода 4 в дальней зоне имеет вид коль-ца с угловым диаметром 2Q, Шаг интерференционной решеткой в области измерения 7 можно)йпределить из выражения . tpQ tsO---U х 2sinQ a-f.f - фокусное расстояние объектива;а - расстояние от световода 4 до объектива 6; Л - длина волны света. В доплеровском анемометре с помощью приемной волоконной оптики из- лучение, рассеянное частицей, пересекающей область 7, передается на фотодетектор и обрабатывается в процес- соре. В двухкомпонентном анемометре рассеянное движущимся объектом излучение вновь принимается световодом 4 и посредством зеркала 9 направляется на фотодетектор 10. Кроме того, часть излучения, поступающая в область измерения 7, отражается обратно от выходного торца Световода 4 и объектива 6, направляется зеркалом 8 на фотодетектор 10 и выполняет роль опорного пучка при оптическом гетеродинировании рассеянного частицей излучения. Это позволяет (так же, как в известном устройстве) измерять составляющую вектора скорости, параллельную оси световода 4. Составляющая вектора скорости, ортогональная интерференционной решетке V; , определяется по измеренной частоте доплеровских биений ,f доп .(3) Поворотом пластины 2можно изменять масштабный коэффициент Л х, что позволяет расширить диапазон измеряемых скоростей.. Формула изобретения 1. Волоконный зонд доплеровского анемометра, содержащий последователь но установленные и оптически согласо ванные лазер, многомодовый световод и объектив, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона измеряемых скоростей. в него дополнительно введены перестраиваемый узел селективного возб-уждения мод в световоде и щелевая диафрагма, установленная перед объективом. . 2. Зонд по п. 1, о т л и ч а юЩ и и с я тем, что перестраиваемый узел селективного возбуждения мод в световоде вьшолнен в виде последовательно установленных и оптически согласованных со световодом плоскопараллельной пластины, установленной с возможностью регулируемого наклона к оптической оси лазера, и дополнительного объектива, расположенного на фокусном расстоянии от входного торца световода.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить рабочий диапазон измеряемых скоростей. Перестраиваемьй узел- селективного возбуждения мод выполнен в виде оптически согласованных с многомодо-. вым световодом 4 плоскопараллельной пластины 2 и объектива 3, с помощью которого излучение источника 1 вводится под углом узким пучком в световод 4. Выходной торец световода сопряжен с областью 7 измерений посредством щелевой диафрагмы 5, размещенной в ближней зоне объектива 6. Поворотом пластины 2 -изменяется масштабный коэффициент шага интерференцион(О ной решетки в области 7 измерений. 1 3.п. ф-лы, 3 ил.

I Ъ