Устройство для определения полей скоростей потоков фотохромной жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01P5/18 

счетному устройству 21э направляющему на блок 19 синхронизации команд ный импульс, заставляющий блок синхронизации включить лазер-осветитель

д ь

15451704

4 и фотоиндуцирующий лазер 2, Блоки 20 и 29 управления задают при этом режимы фоторегистрации цветовых меток. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследований скоростных характеристик потоков фотохромных жидкостей. Целью изобретения является повышение точности определения в широком диапазоне исследуемых скоростей потоков. Фотоиндуцирующий лазер 2 с помощью фокусирующей системы 3 создает в потоке фотохромной жидкости в светопрозрачном гидроканале цветовые метки, освещаемые с помощью импульсного лазера - осветителя 4 и регистрируемые с помощью системы фоторегистрации 6 и 7. Системы внутрирезонаторных модуляторов и оптических фильтров, закрепленных соответственно на зубчатых колесах 23 и 24 и насаженных на вал шагового двигателя 25, обеспечивают одинаковую энергию лазерных импульсов при различной их длительности. Это дает возможность с помощью системы фоторегистрации 6 и 7 четко зарегистрировать различные по скорости области потока. Система фоторегистрации выполнена в виде вращающегося полого цилиндра, на наружных стенках которого установлены фотопластинки, между которыми в цилиндре выполнены отверстия различного диаметра, согласованные с оптронной парой, выход которой через фланец 14 подключен к счетному устройству 21, направляющему на блок синхронизации 19 командный импульс, заставляющий блок синхронизации включить лазер - осветитель 4 и фотоиндуцирующий лазер 2. Блоки управления 20 и 29 задают при этом режимы фоторегистрации цветовых меток. ил. 3.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для исследования скоростных характеристик потоков фото- хромных жидкостей.

Цель изобретения - повышение точности в широком диапазоне исследуемых скоростей потоков.

На фиг, 1 изображено устройство, общий вид на фиг. 2 - разрез А-А на фиг 1; на фиг. 3 - разрез на фиг 1.

В свегопрозрачном гидроканале или исследуемом объеме 1 находится рабочая среда с добавками фотохромного вещества, В плоскости, перпендикулярной продольному сечению гидроканала 1, расположен фотоиндуцирующий лазер 2 с оптической фокусирующей сист мой 3, создающий фотоиндуциронаиные цветовые метки в фотохромном растворе, В плоскости поперечного сечения гидроканала с одной стороны расположен лазер-осветитель 4 с оптической системой 5, с другой стороны установлена внутри система фоторегистрации в виде светонепроницаемого корпуса 6 снабженного объективом 7, и полого цилиндра 8. На внешней стороне цилиндра закреплен фоточувствительный материал (фотопластинки) 9. В зазоре между фотопластинками в цилиндре выполнены сквозные отверстия 10 различного диаметра, расположенные так, что в момент установки фотопластинки в плоскости съемки отверстие, находящееся справа от экспонируемой фотопластинки, находится на одной прямой с источником 11 света (лампой и фотодиодом 12, Лампа 11 установлена на штативе 13, которвш укреплен внутри корпуса 6. Фотоприемник, например, фотодиод 12Э вмонтирован во фланце 14, закрепленном на наружной поверхности корпуса 6. В нижней части корпуса 6 установлен двигатель 15 с которым жестко связав вал 16. Соединение цилиндра 8 с валом 16 осуществляется с помощью радиальных штанг 17. Вал 16 нахоцится в опоре

0

5

С

5

0 -1

5

0

5

0

5

с подшипником 18. Для согласования работы установки использован блок 19 синхронизации, который связан с блоком 20 управления фотоиндицируе- щего лазера 2, а также со счетным устройством 21. Внутри резонатора лазера 4 подсветки перед глухим зеркалом 22 установлено зубчатое колесо (блок) 23, внутри которого установлен набор внутрирезонаторных модуляторов, обеспечивающих разную длительность импульсов подсветки. На выходе лазера 4 установлено зубчатое колесо (бпок) 24, внутри которого установлен набор фильтров, уменьшающих выходное излучение лазера-осветителя. При подаче командного сигнала на шаговый двигатель 25 зубчатое колесо 23 через зацепление 26 с шестеренкой 27 может поворачиваться с набором модуляторов, устанавливая различную длительность импульса лазера подсветки. На одной оси с шестеренкой 27 закреплена шестеренка 28, через зацепление с которой происходит поворот колеса 24 с набором фильтров. Счетное устройство 21 связано через блок 19 синхронизации с блоком 29 управления вращения шаговым двигателем 25.

Устройство работает следующим образом.

В гидроканале залит рабочий фото- хромный раствор, который находится в движении под действием каких-то сил. Приводят во вращение двигатель 15, вращение от двигателя 15 через вал 16 и штанги 17 передается цилиндру 8 с фотопластинками 9. Внутри цилиндра включается лампа 11. Лазер 2, фокусируя излучение в гидроканал через оптическую систему 3, создает цветовые метки через равные промежутки времени, С момента создания цветовых меток в фотохромном растворе с блока 20 управления подается импульс на блок 19 синхронизации. Как только свет от лампы 11, проходя через отверстие 10, попадает на фотоприемник 12, поступает сигнал на счет

515

ное устройство 21, которое через блок 19 синхронизации подает команду на лазер 4 подсветки, который включается импульсно как только фотопластинка станет параллельно стенкам гидрокон- тура, лучи подсветки с энергией 0,0001-0,0005 Дж проходят через оптическую систему 5 и попадают на фотопластинки 9. На цилиндре 8 в зависимости от размеров самого цилиндра может размещаться от восьми и более фотопластинок. Так как цветовые метки очень быстро перемещаются в потоке фотохромией жидкости, они быстро занимают всю фотографируемую область. В результате на фотопластинках регистрируются с различным интервалом временные линии потока от момента образования цветовых меток до момен- та их регистрации в определенном месте ридроканала. |На основании полученных положений цветовых меток в потоке, зарегистрированных на фотопластинках, по стандартной методике определяются поля скоростей в исследуемом объеме. Таким образом удается получить серию снимков с хорошим качеством быстропротекаюших процессов за счет использования фотопластинок, При -этом значительно уменьшается неточность в определении времени между кадрами за счет создания равномерного вращения цилиндра, что позволит увеличить точность измерения. Так как

цветовые метки охватывают всю измеряемую область, то структура потока определяется с большей достоверностью.

При исследовании нестационарных пр

цессов в описанную установку в резонаторе лазера 4 подсветки устанавливают блок 23 модуляторов 23, а на выходе блок ослабляющих фильтров 24, Блок 23 модуляторов и блок 24 фильтров могут поворачиваться через зацепление с зубчатыми колесами 27 и 28, которые установлены на валу, приводящемся во вращение шаговым двигателем 25. При этом в начале съемки п , длительность импульса подсветки с, коэффициент ослабления фильтр на выходе лазера равен 1. Съемка с такой длительностью импульса подсветки производится, например, на первые три пластинки. Поскольку отверстия между фотопластинками имеют разную площадь, то уровень сигналов,, поступающих с фотодиода, различен, поэто

10

51

,г 20 25 п

35

45

чО

5

5

70«

му счетное устройство 21, в зависимости от заложенного алгоритма, после съемки на первые три фотопластинки, выдает сигнал в блок 19 синхронизации, который вьщает команду в блок 29 управления вращением и шаговый двигатель 25 поворачивает вал, зубчатые колеса 27 и 28 поворачиваются, вместе с ними поворачиваются блок 23 модуляторов и блок фильтров 24. Устанавливается, например, длительность импульса подсветки , коэффициент ослабления на блоке 24 фильтров равен 2 и съемка идет на следующую, четвертую пластинку.

В зависимости от светочувствительности используемых фотопластинок и оптической плотности цветовых меток могут использоваться различные импульсные источники света. На сегодняшний день наиболее приемлемыми являются лазерные источники света, обладающие высоким уровнем энергии и короткими импульсами.

Регистрация положения цветовых меток в потоке может производиться на фотопластинках как через объектив 7, так и без.объектива, но при этом работа устройства должна проводиться в темноте.

Таким образом, устройство позволяет получить широкоформатные изображения процесса, зарегистрированные в разные интервалы времени с разным промежутком времени между снимками и разным временем выдержки и освещенностью.

Формула изобретенияУстройство для определения полей скоростей потоков фотохромией жидкости, содержащее светопрозрачный гидроканал и оптически согласованные с исследуемой областью потока фотоин- дуцирующий лазер с фокусирующей системой и блоком управления, осветитель с оптической системой и систему фоторегистрации, выполненную в виде светонепроницаемого корпуса и объектива, в фокальной плоскости которого с возможностью перемещения в рорпусе расположен фоточувствительный материал, а также блок синхронизации и второй блок управления, соединенный с блоком синхронизации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне игследуемых скоростей потоков, в него дополнительно введено счетное устройство а внутри светонепроницаемого , корпуса системы фоторегистращш расположен установленный на валу электродвигателя полый цилиндр с закрепленым на нем с наружной стороны фото- чувствктельным материалом, причем в стенках полого цилиндра равномерно вдоль его окружности выполнены отверстия различного диаметра, через которые оптически согласованы дополнительно введенные источник света и фотоприемник, выход фотоприемника через счетное устройство соединен с

5

блоком синхронизации, подключенным к блоку управления фотоиндуцирующего лазера, при этом осветитель выполнен в виде импульсного лазера, подключенного к блоку синхронизации и снабженного блоком управления энергией ла- зерных импульсов различной длительности в виде наборов попарно-оптически согласованных внутрирезонаторных модуляторов и оптических фильтров, установленных на выходе осветителя, причем наборы модуляторов и фильтров связаны общим шаговым двигателем, соединенным с вторым блоком управления .

Б-Б

фиг.З