Лазерный доплеровский измеритель скорости в двух точках потока Советский патент 1991 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к научному приборостроению и предназначено для исследования пространственной структуры турбулентности и гидроаэродинамики.

Целью изобретения является повышение точности измерения разности скоростей в двух точках потока за счет повышения

эффективности согласования при фотосмещении рассеянных из двух точек потока световых волн.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, блок 2 системы формирования двух зондирующих пучков, оптически согласующее устройство, содержащее диафрагму 3, и ультразвуковой модулятор 4, объектив 5, приемную полевую диафрагму б, фотоприемник 7, систему 8 обработки до- 5 плеровского сигнала. Для возбуждения ультразвуковой волны в модуляторе используется перестраиваемый по частоте f генератор 9. Ось у соответствует направле нию зондирующих пучков.10

Устройство работает следующим образом.

Блок 2 формирования двух зондирующих пучкоЕз формирует в исследуемом потоке две зоны измерений (точки А и В) с 15 расстоянием А х между ними. Рассеянное движущимися оптическими неоднородно- стями потока световое поле с помощью оптической системы (3 и 4), а также с помощью объектива 5 пространственно фильтруется 20 полевой ДРО ((pai мой б и попадает на фотоприемник 7, где происходит фотосмещение рассеянных из точек Л и В СВС-ТОРЫХ волн Фотоэлектрический сигнал анализируется Б электронном блоке 8 Доплеровский сдвиг 25 частот анализируемо;о электрического сигнала несет информацию о мгновенной разности скоростей о двух точках потока (VyA - VyB) по которой (VyA) определится корреляция их пульсационннх компонент . В 30 качестве оптической согласующей системы используетсч ультразвуковой модулятор (УЗМ) с частотой модуляции f ч,станоелен- ной на расстоянии R от зоне измерении, причем R . Путем установки частот f и 35 выбора порядка дифракции п в УЗМ и зависимости от регулируемого расстояния Дх осуществляется согласование рассеянных световых воли и совмещение изображения точек интервалов А и В в плоскости полевой 40 диафрагмы б фотоприемника 7. Частота модуляции в УЗМ связана соотношением f

со скоростью звука в рабочей

U3

среде модулятора и периодом ультразвуковой волны (фазовой решетки). Период фазо45

вой синусоидальной решетки Я связан с угловыми параметрами порядков дифракции п следующим соотношением:

Я п Я (sin f/2) , где Я - длина волны излучения лазера;

а Дх/R при А х R. Изменяя расстояние Ах между точками измерений и настроив согласующее устройство, например, на п ± 1 порядки дифракции в УЗМ, можно путем перестройки частоты f добиваться оптимального согласования рассеянных волн из двух точек потока, используя параметрическую зависимость:

Формула изобретения

Лазерный доплеровский измеритель скорости в двух точках потока, содержащий оптически согласованные лазер, блок формирования двух параллельных зондирующих пучков с регулируемым расстоянием Дх между пучками объектов, согласующую оптическую систему, фотоприемник с диафрагмой поля зрения, выход которого подключен к системе обработки доплеров- ского сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения разности скоростей в двух точках потока, оптическая согласующая система выполнена в виде перестраиваемого по частоте ультразвуковою модулятора, установленного на расстоянии R от плоскости двух зондирующих пучков, причем A xJ.R при этом частота модуляции f выбирается из соотношения:

L)3D -Ax 2rT7TrR где Я - длина волны излучения лазера;

Узв - скорость звука в рабочей среде модулятора;

п - порядок максимума дифракции излучения в ультразвуковом модуляторе,оптически согласованный с диафрагмой поля зрения фотоприомника.

Изобретение относится к научному приборостроению и предназначено для исследования пространственной структуры турбулентных потоков в гидро- и аэродинамике. Излучение лазера 1 длиной волны λ формируется в два зондирующих пучка блоком 2 и направляется в поток, где формируются две точки измерения скорости A и B с регулируемым расстоянием ΔХ между ними. Рассеянное излучение из точек A и B рекомбинирует на ультразвуковой волне модулятора 4 и собирается объективом 5 в плоскости полевой диафрагмы 6. В результате фотосмещения рассеянных волн электрический сигнал на выходе фотоприемника 7 содержит спектральную компоненту, частота которой пропорциональна (согласно эффекту Доплера) мгновенной разности проекций скоростей в двух точках потока (V_YA - V_YB), по которой определяются двухточечные коррекции скорости в турбулентном потоке. Ультразвуковой модулятор (УЗМ) используется в качестве согласующего устройства для световых волн, рассеянных из двух точек потока. УЗМ расположен на расстоянии R от зоны измерений, причем ΔХ @ R. Рабочую частоту модулятора F выбирают в зависимости от расстояния ΔХ из следующего соотношения: F = U_зв^.ΔХ/2^.N^.λ^.R, где U_зв - скорость звука в рабочей среде УЗМ

N -порядок максимума дифракции излучения в УЗМ, оптически согласованный с диафрагмой поля зрения. Целью изобретения является повышение точности измерения разности скоростей за счет увеличения эффективности фотосмещения. 1 ил.