Голографический способ измерения скоростных характеристик потоков жидкости и газа Советский патент 1981 года по МПК G01P5/18 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть иЬпользовано для определения распределения скоростей и градиентов скоростей оптическими средствами.

Известен голографический способ измерения скоростных характеристик потоков.

В этом способе в исследуемый поток жидкости вводят полимерные частицы размером 1-3 мм, удельный вес которых близок к удельному весу жидкости. Движущийся поток жидкости записывают на просвет на голограмму методом двух экспозиций. По восстановленному с голограммы изображению потока определяют скорость его движения с помощью измерения пути индикаторных частиц за время между экспозициями til

Недостатком известного способа является его низкая помехозащищенность -из-за регистрации на голограмме сразу всего объема исследуемого потока жИ|Цкости, что приводит к взаимному экранированию индикаторных частиц, к появлению дополнительного шума на голограмме, вызванного энергетическим вкладом излучения, рассеянного на индикаторах, находящихся вне

локальных объемов, подлежащих иссле- . дованию.

Кроме того, из-за эффекта взаимного экранирования индикаторов и шумового рассеяния энергии существует ограничение на концентрацию индикаторов в единице объема, что приводит к снижению разрешающей способности (точности) метода в плане выявления

0 местных вихревых образований и приводит к сокращению диапазона и сокращению истинных значений измеряемых скоростей потока.

15 Наиболее близким к предлагаемому является голографический способ измерення скоростных характеристик потоков жидкости и газа, заключающийся в введении в поток индикаторных частиц, создании в потоке световой плоскости, регистрации движения частиц двумя последовательными экспозициями, получения голограммы рассеянного на частицах света и определения по голограмме скоростных характеристик потока по величине пути, пройденного каждой частицей за время между экспозициями .С2 .

Недостаток такого способа заключается невысокой точности измерения

скоростных характеристик в высокоградиентных потоках жидкости и газа.

Цель изобретения - повышение точности и расширения области применяемости способа в случае высокоградиентных потоков.

Поставленная цель достигается тем, что индикаторные частицы выполняют с оптическими неоднородностями, а голограмму рассеянного на частицах света получают путем сфокусированных изображений, при этом локальные градиенты скоростей в потоке определяют по величине разворота частиц за время между экспозициями.

При этом оптические неоднородности на индикаторных частицах выполняют в виде изображения координатной сетки.

На чертеже приведена оптическая схема устройства для реализации способа.

Схема содержит источник 1 излучения, коллимирующий объектив 2, цилиндрическое, зеркало 3, исследуемый объект (индикаторные частицы) 4, экран 5, объектив 6, голограмму 7.

Определение характеристик исследуемого потока предлагаемым способом .осуществляют следующим образом.

Пучок излучения источника 1 коллимируют объективом 2 и направляют на цилиндрическое зеркало 3, на котором излучение разворачивается в виде рветовой плоскости, высвечиваю щей в исследуемом потоке диффузноотражающие индикаторные частицы 4 сложной формы или рисунка.

Рассеянное на частицах излучение пространственно фильтруют экраном 5 и выделяют два пространственных спектра отражения. После этого посредством объектива 6 частицы переотображают, в плоскость голограммы сфокусированных изображений 7. Голограмму записывают в импульсном режиме методом двух экспозиций с фиксированной временной задержкой между импульсами С полученной в результате такой последовательности операций голограммы восстанавливают два изображения индикаторных частиц, характеризующих

движение потока за время между экспозициями. Определив с помощью микроскоп-микрометра путь индикаторных частиц за известное время, вычисляют скорость и форму движения исследуемого потока, а по величине разворота индикаторных частиц определяют градиент скорости потока, т.е. изменение скорости потока в сечении, равном размеру частицы.

Формула изобретения

1. Голографический способ измерения скоростных характеристик потоков жидкости и газа, заключающийся в введении, в поток индикаторных частиц создании в потоке световой плоскости, регистрации движения частиц двумя последовательными экспозициями, получения гологрс1ммы рассеянного на частяцах света и определении по голограмме скоростных характеристик потока по величине пути, пройденного каждой частицей за время между экспозициями, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов применяемости способа в случае высокогращиентных потоков, индикаторные частицы выполняют с оптическими неоднородностями, а голограмму рассеянного на таких частицах света получают путем сфокусированных изображений, при этом локальные градиенты скоростей в потоке определяют по величине разворота частиц за время между экспозициями.

2.Способ по п. 1, отлич а.ющ и и с я тем, что оптические неоднородности на индикаторных частицах выполняют в виде изображения координатной сетки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Оптическс1я голография, практическое-применение. М. , Советское радио, 1978, с. 174-177.

2.Koichi Jwata а .о. . Opt. Soc. Amer. 1967, 67, 8, pp. 11171121 (прототип).