Способ определения скорости частицы Советский патент 1990 года по МПК G01P3/36 G01P5/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости частиц, в том числе в газогидродинамических средах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения компоненты скорости ориентиров энной вдоль оси визирования.

На фиг. 1 приведено изображение трека частицы малого размера, смещающейся в картинной плоскости и вдоль оси визирования объектива, и денсито- граммы поперечных сечений трека частицы; на фиг. 2 - схема лучеобразова- ния изображения двух частиц малого размера на фотоносителе, удаленных

на конечное расстояние от объектива, где a, b - места фотометрировання трека (вдоль пунктирных линий) через точки сопряжения боковых линий трека с закруглениями в начале и в конце трека; с, d - денситограммы поперечных сечений трека; Н Н г - максиг- мальные яркости денситограмм в указанных сечениях; D, D - ширины трека в сечениях по уровню 0,1Н, 01Н,; of, , crfj- углы схождения боковых линий трека в сечениях; 1,2- первая и вторая частицы; 3 - объектив с фокусным расстоянием F и диаметром D; 4 - фотоноситель; 5, 6 - места фокусировки конусов лучей первой и второй частиц; D,, D 7 - размеры дисков

сд ел

о

4

ю

Ј

изображений первой и второй частиц на фотоносителе 4; А1, А - расстояния от первой и второй частиц до объектива (сплошные линии - крайние лучи конуса лучей первой частицы, пунктир - второй частицы).

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают фокусное расстояние объектива на бесконечность„ В этом случае фотоноситель расположен в фокальной плоскости объектива на расстоянии, равном его фокусному расстоянию, Изображение бесконечно удаленного объекта строится объективом в фокальной плоскости, а объекта, на- ходяв;егося на конечном расстоянии от объектива, - за фокальной плоскостью гем дальше, чем ближе расположен эбъект.

Изображение частицы, как точечно- ро объекта, строится конусом лучей, основанием которого является площадь Действующего отверстия объектива. Для частицы, находящейся на конечном расстоянии от объектива, изображение строится за фокальной плоскостью и Конус лучей пересекает поверхность фотоносителя (фиг, 2). При этом Изображение частицы на фотоносителе имеет вид диска, диаметр которого тем больше, чем ближе к объективу находится частица.

Фотографируют частицу с заданной экспозицией. В процессе фотографирования частица смещается в плоскости, перпендикулярной оси объектива (картинной плоскости), и приближается, либо удаляется.от него.

За счет смешения частицы в картинной плоскости трек частицы на фотоносителе имеет вид черты, образованной перемещением диска изображения частицы по поверхности фотоносителя. За счет смещения частицы вдоль оси визирования объектива она приближается либо удаляется от него диаметр ее изображения на фотоносителе изменяется,, и трек имеет вид конуса с закруглениями на концах.

Находят диаметры изображений частицы в начале и в конце трека. Для этого фотометрируют трек в начале и в конце через точки сопряжения боковых линий трека с закруглениями и определяют ширины трека D и D, по уровню 0,1Н, где Н - максимальная

0

5

0

5

0

5

0

яркость трека в сечении при фотомет- рировании.

Определяют углы схождения /, и боковых линий трека в сопряжениях. Линии сечений являются хордами дисков изображений частицы в начале и в конце трека, которые стягиваются секторами окружности дисков, опирающимися на конусы с углами раскрытия при вершине о/1 и о/г(фиг. 1). В таком случае диаметры D( и D. дисков изображений частицы определяются из соотношений

D, D /cosc 1 /2, /cos с(г/2.

В соответствии с формулой линзы фокусное расстояние объектива F, расстояние А. от объектива до i-й частицы и расстояние h- от объектива до изображения i-й частицы связаны соотношением

F А + Ь 0) из которого расстояние А, от объектива до i-й частицы определяется выражением

А- h F . (2)

Поскольку фотоноситель расположен в фокальной плоскости объектива и пересекает изображение частицы параллельно поверхности объектива, между расстоянием h; от изображения 1-й частицы до объектива, расстоянием F от фотоносителя до объектива, диаметром D.J диска изображения частицы малого размера на фотоносителе и диаметром D объектива выполняется соотношение (фиг. 2)

D; h;-F

D h

из которого следует, что FD

(3)

h

D-D

(4)

Подставляя полученное значение h соотношение (2), находят

FD

А - т

(5)

0

5

которое определяет связь между диаметром диска изображения частицы на фотоносителе D. и расстоянием от объектива до частицы А. через параметры объектива.

Смещение частицы ЛА вдоль оси объектива от расстояния А, до расстояния Ад до объектива в процессе экспозиции определяется соотношением

1

dA A1-A2 FD(

D,

D

),

(6)

из которого составляющая скорости частицы вдоль оси визирования объектива находится отношением величины смещения и А к длительности экспозиции.

Регистрацию частиц необходимо производить с ограниченных расстояний до объектива, поскольку для бесконечно удаленной частицы размер изобра- жения определяется суммарным разрешением фотоносителя и объектива.

Обычно нецелесообразно производить съемку частицы, если размер ее изображения меньше 1 О Р , либо больше, чем 1/10 диаметра объектива D. В первом случае затруднительно определять ширину трека, а во втором - изображения нескольких частиц часто перекрываются и затрудняют расшифровку тре- ков частиц.

Подставляя указанные значения минимально и максимально допустимых размеров в соотношении (5) получают,

к15504246

ноженного на увеличение

т.е.

h;

(8)

Формула изобретения

Способ определения скорости частицы, заключающийся в фотографировании частицы с известной экспозицией и нахождении скорости как отношение величины смещения частицы к длительности экспозиции, отличающийся ТРМ, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения компоненты скорости, ориентированной вдоль оси визирования, частицу фотографируют объективом, фокусное расстояние F которого установлено на бесконечность, измеряют минимальный и максимальный диаметры изображений частицы в начале и в конце траектории

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скоростей движения частиц в потоках жидкостей и газов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения компоненты скорости вдоль оси визирования. При осуществлении способа устанавливают объектив на бесконечность. В этом случае изображение частицы как точечного объекта строится конусом лучей с основанием в площади отверстия объектива. Для частицы, находящейся на конечном расстоянии от объектива, изображение строится за фокальной плоскостью и концы лучей пересекают поверхность фотоносителя. При этом изображение частицы на фотоносителе имеет вид диска, диаметр которого тем больше, чем ближе к объективу находится частица. Это позволяет определить смещение частицы вдоль оси объектива из соотношения

приведенного в описании изобретения. Скорость частицы определяется как отношение величины смещения частицы к длительности экспозиции. 2 ил.

что расстояние съемки А должно удов- 25 движения, а величину смещения частилетворять следующему FD

ТоЗ

Соотношение (3) выполняется для

частиц малого размера, диаметр резко- 30 гДе D диаметр объектива го изображения которых сравним с «P. диаметры изображений частицы Для этого достаточно, чтобы диаметр соответственно в начале и в конце частиц d не превышал размера Ј, ум- траектории ее движения.

ff,i#i Wцы дА вдоль оси визирования ляют из соотношения 1 1

(

D

D.

),

&