Оптико-волоконный термоанемометр Советский патент 1989 года по МПК G01P5/10 

n

31508170

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в газодинамических и аэродинамических исследованиях,,

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого термоанемометра; на фиг.2 и 3 - различные варианты ис- IQ полнения источника излучения.

Оптико-волоконный термоанемометр содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде локального участка волоконного световода 2 с повышен- 15 ными оптическими потерями (при этом чувствительный элемент 1 расположен в центральной части волоконного световода 2) и волоконный световод 3, являющийся опорным. Входные концы 20 световодов 2 и 3 связаны через оптический разветвитель 4 с источником 5 излучения, выходные световодов 2, 3 соединены соответственно с фотокие неоднородности, вызывающие ослабление световой мощности на 30-40 Б, Они могут быть вызваны, например, микроизгибом локального участка волоконного световода или легированием атомов примеси в локальный участок световода. Так, изгибы световодов, начиная с радиусов ,ц г(п + + п„) /а (г- радиус световода;

с

п - показатели преломления

световедущей жилы и ее оболочки; d - числовая апертура световода), приводя к очень большому затуханию. При необходимости участок световода, содерж щий чувствительный элемент, удлиняют в обе стороны через оптические разъемы.

Оптико-волоконный термоанемометр работает следующим образом.

Источник 5 излучения генерирует световую мощность 2 в области инфра красного спектра (фиг,1). Световая

. ,

приемниками 6 и 7, Последние соедине- мощность разделяется оптическим разны с входами дифференциального усилителя 8, подключенного к первому входу блока 9 сравнения, выход которого соединен с регистратором 10 и источником 5 излучения, при этом вто рой вход блока 9 сравнения соединен с регулируемым источником 11 опорного напряжения (фиг,1). Источник 5 излучения составлен из усилителя 12 мощности (фиг,2), соединенного с лазерным излучающим диодом 13, при этом вход усилителя 12 мощности связан с выходом , 9 сравнения и регистратором 10, а лазерный излучающий диод 13 связан с оптическим разветвителем 4, Или источник 5 излучения может быть выполнен в виде лазерного излучакнцего диода 13, соединенного с входом оптического модулятора 14 (фиг,4), при этом выход оптического модулятора 14 связан с оптическим разветвителем 4, а управ лякядий вход оптического модулятора 14 соединен с выходом блока 9 сравнения и регистратором 10,

( практически без потерь) и ре истри- руется фотоприемником 7 как Р (опорная мощность) , Разность световых мощностей Р РО„ - РI,,,, поступающих на фотопрнемники 6 и 7, характеризует температуру чувствительного элемента 1, которая пропорциональна вькодному сигналу дифференциального усилителя 8, Сигнал с выхода дифференциального усилителя 8 сравнивается по величине блоком 9 сравнения с опорным напряжением Uonj которое устанавливается при помощи блока 11 опорного напряжения. Выходной сигнал блока 9 сравнения управляет мощностью источника излучения таким образом, чтобы температура чувствительного элемента 1 и , следовательно, величина сигнала на вьп1оде

При изготовлении чувствительного элемента в центральной части волоконного световода 2 диаметром 5- )0 мкм и длиною несколько сантиметров 55 дифференциального усилителя 8 поддер- освобождают локальный участок свето- живались постоянными. Необходимая вода длиною примерно 0,1-3 мм от за- температура нагрева чувствительного щитной пластмассовой оболочки и соз- элемента устанавливается при помощи дают на полученном участке оптичес- блока 11 опорного напряжения путем

кие неоднородности, вызывающие ослабление световой мощности на 30-40 Б, Они могут быть вызваны, например, микроизгибом локального участка волоконного световода или легированием атомов примеси в локальный участок световода. Так, изгибы световодов, начиная с радиусов ,ц г(п + + п„) /а (г- радиус световода;

n

с

п - показатели преломления

световедущей жилы и ее оболочки; d - числовая апертура световода), приводят к очень большому затуханию. При необходимости участок световода, содержащий чувствительный элемент, удлиняют в обе стороны через оптические разъемы.

Оптико-волоконный термоанемометр работает следующим образом.

Источник 5 излучения генерирует световую мощность 2 в области инфракрасного спектра (фиг,1). Световая

ветвителем 4 пополам и поступает в волоконные световоды 2 и 3, В волоконном световоде 2 часть световой мощности Р рассеивается на неодно- родностях чувствительного элемента 1, вызывая его нагрев, а другая

0 0

часть световой мощности Р

из

изме0

ряется фотоприемником 6, В волоконном световоде 3 световая мощность Р 5 от jiCT04HHKa излучения проходит

( практически без потерь) и ре истри- руется фотоприемником 7 как Р (опорная мощность) , Разность световых мощностей Р РО„ - РI,,,, поступающих на фотопрнемники 6 и 7, характеризует температуру чувствительного элемента 1, которая пропорциональна вькодному сигналу дифференциального усилителя 8, Сигнал с выхода дифференциального усилителя 8 сравнивается по величине блоком 9 сравнения с опорным напряжением Uonj которое устанавливается при помощи блока 11 опорного напряжения. Выходной сигнал блока 9 сравнения управляет мощностью источника излучения таким образом, чтобы температура чувствительного элемента 1 и , следовательно, величина сигнала на вьп1оде

5

5 дифференциального усилителя 8 поддер- живались постоянными. Необходимая температура нагрева чувствительного элемента устанавливается при помощи блока 11 опорного напряжения путем

Фиг. 2

/3

1

2Рс

Фиг,3

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей жидкостей и газов. Целью изобретения является повышение быстродействия. Излучение от источника 5 через оптический разветвитель 4 направляется в волоконные световоды 2 и 3. В середине световода 2 выполнен чувствительный элемент 1 в виде участка с повышенными оптическими потерями. Световая мощность частично поглощается этим участком и нагревает его. При помещении чувствительного элемента 1 в поток величина световой мощности, пропускаемой световодом 2, изменяется в зависимости от скорости потока, а световая мощность, пропускаемая световодом 3, остается без изменения. Разность световых сигналов, регистрируемых фотоприемниками 6, 7, несет информацию о величине скорости потока и выделяется дифференциальным усилителем 8. С помощью блока сравнения 9, источника опорных напряжений 11 и связи выхода блока сравнения 9 с источником излучения 5 реализуется схема термоанемометра постоянной температуры. Величина скорости потока регистрируется регистратором 10, включенным в цепь обратной связи. 3 ил.