Устройство формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя скорости и расхода Советский патент 1991 года по МПК G01P3/36 G01P5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя скорости и расхода повышенной точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости и расхода за счет уменьшения систематической погрешности, связанной с неопределенностью угла пересечения а зондирующих пучков.

На чертеже представлена схема устройства формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя скорости и расхода.

Устройство выполнено в виде фокусирующей линзы 1 и рэсщелителя 2 пучка, установленного за линзой, причем расщепитель

2выполнен в виде оптического моноблока, состоящего из двух четырехгранных призм

3и 4 с двумя параллельными гранями каждая. Призмы 3 и 4 соединены таким образом, что основанием призмы 4 и первой параллельной гранью призмы 3 образована светоделительная поверхность 5. Фокусирующая линза 1 оптически согласована с расщепителем 2 через основание призмы 3 и параллельными и выходными гранями обеих призм 3 и 4. Причем двугранные углы между выходными гранями четырехгранных призм 3 и 4 и плоскостью, параллельной основанию призмы 3. равны

о

СП

sj

сл

ь.

a

яА„2ч1/2,

д - arc sin sin 2/0 -2n cos + n2)1. (1)

где п - показатель преломления материала призм;

а-угол пересечения зондирующих пучков.

Параллельная грань четырехгранной

призмы 3 расщепителя 2 составляет угол 45° с основанием этой призм.

Математическое соотношение (1) позволяет для любого заданного угла а получить угол д, обеспечивающий получение данного угла сведения зондирующих пучков, и наоборот - по углу д рассчитать угол а сведения пучков. Это позволяет уменьшить систематическую погрешность, связанную с неопределенностью угла пересечения зондирующих пучков.

Математическое соотношение (1) получают из следующих уравнений. Из закона преломления следует

sin r/sin I n(2)

или

г arc sin (n sin I),(3)

где г - угол преломления;

I - угол падения пучка на выходную грань призмы.

Поскольку I 5 и г а/2 + 5(4)

иМеют д arc sin (n sin 5) - a/2(5)

Отсюда

sin 5 sin arc sin (n sin 5) - a/2 (6) или

sin д n sin д cos a/2 - (1 - n2 x

x sin2 5)1/2 sin a/2(7)

Отсюда

sin2 д (1 - n -cos a/2)2 (1 - n2 x

x sin2 5) sin2 a/2(8)

или

sin2 д sin2 a/2/(1 - 2n cos a/2 + n2 x

x cos2 a/2 + n2 sin2 a/2)(9)

Из уравнения (9) вытекает математическое соотношение (1).

Устройство работает следующим образом.

Направляют на фокусирующую линзу 1 лазерный луч, который, проходя через расщепитель 2, формирует измерительный объем в исследуемой области потока в виде

зоны пересечения двух лучей. Причем угол а пересечения зондирующих лучей получается строго заданным, что позволяет достичь поставленной цели.

Формула изобретения

1. Устройство формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя скорости и расхода, содержащее расщепитель пучка и фокусирующую линзу, причем расщепитель пучка выполнен в виде

оптического моноблока, состоящего из двух четырехгранных призм, каждая из которых включает в себя основание, две параллельные грани и одну выходную грань, при этом основание второй призмы соггряжено с первой параллельной гранью первой призмы, образуя светоделительную поверхность, а фокусирующая линза оптически согласована через основание первой призмы с параллельными и выходными гранями обеих

четырехгранных призм, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения скорости и расхода за счет уменьшения систематической погрешности, связанной с неопределенностью угла а пересечения зондирующих пучков, двугранные углы 5 между выходными гранями четырехгранных призм и плоскостью, параллельной основанию первой призмы, составляют величину

д - arc sin sin 2/0-2n cos + n2)1/2,

где n - показатель преломления материала

призм,

фокусирующая линза уставлена на входе

расщепителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю ще е- с я тем, что параллельная грань первой четырехгранной призмы расщепителя составляет угол 45° с основанием этой призмы.

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования зондирующих пучков в лазерном доплеровском измерителе скорости и расхода. Целью изобретения является повышение точности измерения скорости и расхода за счет уменьшения систематической погрешности, связанной с неопределенностью угла пересечения зондирующих Пучков. Для того, чтобы угол а пересечения зондирующих пучков получить заданным в исследуемом потоке (или на исследуемом движущемся обьекте), расщепитель 2 выполняют в виде оптического моноблока, состоящего из двух четырехгранных призм 3 и 4 с двугранными углами (5между выходными гранями и плоскостью, параллельной основанию призмы 3, равными д arc sin sin a/2/(1-2n + n2)1/2, где п - показатель преломления материала призм. 1 з.п ф-лы, 1 ил сл С