Лазерный доплеровский анемометр Советский патент 1991 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования скорости потоков жидкости и газов.

Целью изобретения является увеличение точности измерений.

На фиг. 1 представлена схема лазерного доплеровского анемометра; на фиг. 2 показана схема осуществления оптической связи между поляризационно-селективным амплитудным делителем и детектором состояния поляризации; на фиг. 3 - пример выполнения блока корекции поляризации.

Лазерный доплеровский анемометр (фиг. 1) содержит источник 1 когерентного излучения, в качестве которого может быть использован газовый лазер, устройство 2 ввода лазерного излучения в передающий волоконный световод 3, измерительный зонд, в состав которого входит коллимиру- ющая линза 4, согласующая линза 5, поля ризационно-селективный амплитудный делитель 6, фокусирующая линза 7, приемный объектив 8, приемный многомодовый световод 9. В состав анемометра входят также фотоприемник 10, процессор 11 доплеровского сигнала, детектор 12 состояния поляризации, логическое устройство 13 и блок 14 коррекции поляризации. Световод 3 выполнен с круглым сечением и с осесим- метричным распределением показателя преломления.

Устройство детектора 12 поясняет фиг. 2. Сформированные делителем 6 зондирующие пучки 15 и 16 частично отражаются от поверхности фокусирующей линзы 7 и поступают на детектор, выполненный в виде двух фотоприемников 17 и 18. Сигналы фотоприемников 17 и 18, пропорциональные интенсивностям зондирующих пучков 15 и 16, поступают на вход логического устройства 13, выполненного в виде схемы вычитания амплитуд сигналов. Электрический сигнал с выхода логического устройства 13, пропорциональный разности интенсивно- стей зондирующих пучков, поступает на вход блока 14 коррекции поляризации.

Блок 14 (фиг. 3) может быть выполнен в виде сервопривода 19, расположенного на основании 22 и механически связанного с передающим световодом 3, который образует витки 20 и 21 и жестко прикреплен к основанию 22 в точках 23-25. Сервопривод содержит штангу 26, систему переключателей 27, 28 и рукоятку 29.

Анемометр работает следующим образом.

Излучение источника 1 с помощью устройства 22 ввода вводится в передающий световод 3. Пройдя через световод 3, излучение коллимируется линзой 4 и, пройдя

через линзу 5, служащую для согласования перетяжек зондирующих пучков с измерительной областью, поступает на делитель 6 пучка, формирующий два пучка, которые затем сводятся с помощью линзы 7, образуя при пересечении измерительную область. В измерительной области образуется интерференционная картина, видность которой зависит от соотношения интенсивностей

0 зондирующих пучков и максимальна, когда эти интенсивности равны. Свет, рассеянный на частице потока при пересечении ею интерференционной картины в измерительной области, собирается с помощью

5 объектива 8 на входном торце приемного световода 9 и поступает на фотоприемник 10. Сигнал фотоприемника 10 поступает на электронный процессор 11, выделяющий доплеровский сигнал.

0В процессе работы анемометра из-за

флуктуации температуры и неконтролируемых механических напряжений в световоде изменяется состояние поляризаций излучения, поступающего на делитель 6. Посколь5 куделитель6является

поляризационно-селективным, то при изменении поляризации падающего на него излучения изменяется соотношение между интенсивностями формируемых делителем

0 зондирующих пучков, а следовательно, уменьшается видность интерференционной картины в измерительной области (этим свойством обладает большинство схем деления пучка, в частности все делители, со5 держащие полупрозрачный слой неперпендикулярный к падающему пучку) Для устранения этого эффекта состояние поляризации излучения, поступившего вде- литель 6, контролируется с помощью детек0 тора 12. Изменение состояния поляризации преобразуется им в электрический сигнал, поступающий на вход логического устройства 13, которое вырабатывает сигнал для блока 14 коррекции. Блок 14 коррекции

5 механически воздействует на световод 3 до тех пор. пока поляризация света на входе делителя не вернется к оптимальному значению.

При этом для варианта, представленно0 го на фиг 3, при работе сервопривода штанга 26, перемещаясь, поворачивает виток 21 относительно оси. проходящей через гонки 24 и 26. Из-за появления в световоде 3 механических напряжений и наведенного ими

5 двойного лучепреломления происходит изменение состояния поляризации излучения, распространяющегося по световоду до тех пор, пока интенсивности зондирующих пучков не станут равными. При этом видность интерференционной картины в измерительной области достигает максимального значения, что обеспечивает максимальное отношение сигнала к шуму на выходе электронного процессора доплеровского сигнала.

В блоке 14 предусмотрена система переключателей для изменения направления движения штанги 26 при достижении ею крайнего положения, а также предварительная ручная установка поляризации иэлуче- ния. которая осуществляется поворотом витка 20 с помощью рукоятки 29 вокруг оси, проходящей через точки закрепления световодов 23 и 24,

Формула изобретения 1. Лазерный доплеровский анемометр, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные источник когерентного излучения, устройство ввода излучения, передающий волоконный световод круглого сечения, коллимирующую линзу, поляризационно-селективный амплитудный делитель, фокусирующую линзу, приемный объектив, приемный световод и фотоприемник, подключенный выходом к процессору, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно содержит детектор

состояния поляризации, логическое устройство и блок коррекции состояния поляризации, при этом вход детектора состояния поляризации связан с выходом поляризаци- онно-селективного амплитудного делителя,

а выход - через логическое устройство с управляющим входом блока корекции состояния поляризации, причем передающий волоконный световод выполнен с осесим- метричным распределением показателя

преломления.

2. Анемометр по п. 1, отличающийся тем, что детектор состояния поляризации выполнен в виде двух фотоприемни- ков, оптически согласованных с

поверхностью фокусирующей линзы, логическое устройство - в виде схемы вычитания, а блок коррекции состояния поляризации - в виде сервопривода, механически связанного с передающим волоконным световодом.

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовало для исследования потоков жидкостей и газов Целью изобретения является повышение точности. Излучение источника 1 с помощью устройства 2 ввода вводится в передающий световод 3 круглого сечения с симметричным распределением показателя преломте- ния. Затем излучение коллимируется линзой 4, проходит через согласующую линзу 5 и поступает на поляризационно-селек- тивный амплитудный делитель 6 После деления появляются два пучка, фокусируемые линзой 7 в исследуемую точку потока, в которой образуется интерференционная картина. Рассеянный на движущихся в потоке частицах свет собирается объективом 8 на входном торце световода 9 и поступает, на фотоприемник 10, сигнал с которого направляется на электронный процессор 11, выделяющий доплеровский сигнал. В процессе работы анемометра из-за флуктуации температуры и неконтролируемых механических напряжений в световоде 3 изменяется состояние поляризации излучения поступающего на поляризационно-селек типный делитель 6. При этом соотношение между интенсивностями формируемых де литг-лсм зондирующих ПУЧКОВ изменяется, что приводит к изменению видности интерференционной картины Для устранения этого состояние поляризации излучения, поступившего нл делитель 6, контролируется с помощью детектора 12 Изменение состояния поляризации преобразуется им ь электрический сигнал, поступающий на вход логического устройства 13, которое вырабатывает сигнал для блока 14 коррекции, который воздействует на световод 3 до тех пор, пока поляризация света на входе делителя не вернется к оптимальному значению. 1 з п ф-лы, 3 ил. сл С о ел ю ю ю

i7

К faotftj ib

V3

Фт.Ъ

от $лока /3