Устройство для измерения скоростей частиц в потоке Советский патент 1982 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения бесконтактным способом скорости движения частиц в двухфазном потоке.

Известно устройство для измерения скорости движения материальных тел, которое содержит источник света, сканатор с приводом и последовательно соединенные фотоприемник, усилитель, блок временной задержки, коррелятор, множитель, интегратор и регистратор tl.

Известное устройство имеет большие погрешности измерения при малых скоростях движения. Кроме того, при помощи такого устройства нельзя оперделить скорость движения частиц в потоке жидкости или газа, так как частицы имеют разброс скоростей и положение частиц в потоке постоянно изменяется.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик скорости, содержащий источник света, оптический сканатор с приводом, фотоприемник, усилитель, коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход фотоприемника соеди-

нен с входом усилителя, а выход коррелятора через экстремальный регулятор - с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистраторам скорости сканирования и первым входом коррелятора. Кроме того, устройство содержит блок постоянной задержки, подключенный к усилителю 21.

10

Недостатком известного устройства является невозможность определения дисперсии скоростей частиц в потоке.

Цель изобретения - определение дисперсии скоростей частиц в пото15ке.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения скоростей частиц в потоке, содержащее источник света, оптический

20 сканатор с приводом, фотоприемник, усилитель, коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход фотоприемника соединен с входом усилителя,

25 а выход коррелятора через экстремсШьный регулятор - с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования и первым входом

30 коорелятора, введены оптически согласованный с сканатором и последовательно соединенные дифференцирующее устройство и узел блокировки, а также регистратор минимального значения напряжения, при этом дифференцирующее устройство подключено к выходу усилителя, узел блокировки - к второму входу коррелятора а регистратор минима-пьного значения напряжения - к выходу коррелятора. На фиг.. 1 представлена принципиальная схема устройства для изменения скорости частиц в потоке : на фиг. 2 - график зависимостичастоты электрических импульсов от относительной скорости перемещения светового пучка и скорости частиц. Устройство для измерения скорост включает материалопровод 1 с прозрачным окном 2, коллимированный ис- точник 3 света и щелевую диафрагму 4, установленную между источником 3 света и сканирующим устройством 5 с приводом, фотоприемник 6 усилитель 7, коррелятор 8, экстремальный регулятор 9 и регистратор 10 скорости сканирования. Усилитель 7 снабжен дифференциру щим устройством 11, выполненным в виде узла с трансформаторной связью В цепи дифференцируюцего устройства 11 включен узел 12 блокировки обрат ного хода луча и начального сигнала от прямого хода луча сканируклцего устройства 5. На выходе коррелятора установлен измерительный прибор 13 минимального значения напряжения. Устройство работает следующим об разом. Узкий пучоксвета из щелевой диа рагмы 4 попадает на скаиируквдее устройство 5, работающее в режиме пилообразной развертки, при котором прямое направление движения луча совпадает с направлением частиц в материалопроводе 1. При прямом движении щелевого пучка света в сечении материалопровода 1 образуются перемещающиеся узкие освещенные зоны. Каждая частица транспоритруемого материала, попадающая в освещенную зону дает отраженный световой импул который воспринимается фотоприемником б и преобразуется в пропорциона ный электрический импульс на его вы ходе. Параметры отраженного светово го и соответствующего ему электрического импульсов фронт нарастания и спада и продолжительность зависят от скорости взаимного пересечения освещенной зоны с частицами вещества, которая определяется относительной скоростью перемещения.последних. При возрастании относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и частиц вещества фронты нарастания и спада электрических импульсов на выходе фотоприемника б становятсякруче, а продолжительность импy iьcofi уменьшается. При снижении относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и частиц вещества фронты нарастания и спа- электрических импульсов на выходе фотоприемника 6 более пологие, а продолжительность единичных импульсов возрастает. При нулевой относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и движущихся частиц вещества электрический сигнал, соответствующий постоянному отраженному световому потоку имеет некоторую постоянную величину. . Для рассмотрения характера завк™ Симости электрического сигнала на выходе усилителя 7 от относительной скорости заимоперемещения свнтовой зоны и частиц, примем случай синхнронного движения частиц в потоке или, что эквивалентно, движение изображения, например ленты с рисками. График такой зависимости имеет вид ломаной 1 на ь-:. . фиг.2. Максимальная относительная скорость взаимоперемещения освещенной зоны и частиц транспортируемого материала будет при неподвижной освещенной зоне, а величина ее равна скорости движения частиц. В этом случае, через дифференцирующее устройство11 проходит переменнаясоставляющая электрического сигнала с максимальной частотой и крутизной импульсов вых. Р отнЛ- с.г , так КИК V(;. гдеи,; - напряжение на выходе усилителя 7, соответствукяаее электрическому сигналу с максимальной частотой и крутизной импульсов с фотоприемника 6 ;. оти относительная скорость взаимоперемещения освещенной зоны и частиц ; Vi - скорость перемещения частиц ; Vj, 5 - скорость перемещения световой зоны сканирующим устройством 5. При увеличении скорости перемещения световой зоны относительная скоость взаимопересечения ее и частиц уменьшается .J Р .з°При скорости перемещения световой зоны равной скорости перемещения частиц, их относительная скорость равна нулю отн . при .j

Соответственно электрический сигнал, пропорциональный постоянному отраженному световому потоку, не v имеет переменной составляющей и напряжение Ug на выходе усилителя 7 р,авно нулю

вых.2 «

При дальнейшем увеличении скорости перемещения световой зоны, превышающей скорость перемещения частиц относительная скорость их взаимоперемещения будет монотонно возрастать, достигая максимального значения при Vc.3. 2 V

Vorн Vc.

В этом случае через дифференцирующее устройство 8 проходит переменная составляющая электрического сигнгша с максимальной частотой, соответствующая крутизне импульсов с фотоприемника б

Jftbix 3 JвЫ)C 1 выx так Так как при транспортировании частиц материала в потоке носителя всегда имеет место разброс скоростей частиц, то график зависимости электрического сигнала на выходе усилитеfiH 7 от относительной скорости взаЬмопересечения световой зоны и имеет :вид кривой 2. (фиг. 2) с четко выраженным минимумом в Jebw.min абсцисса которой совпадает с нулевым значением графической ломаной 1, при УЧ.с р. а.г rflevi,.ep.. средняя скорость перемещения частиц.

Различное значение ординат при одинаковых значених абсцисс графических зависимостей 1 и 2 (фиг. 2:) связано с наличием отраженных световых и соответственно электрических импульсов на выходе фотоприемника б, образуемых флуктуациями частиц, скорость которых отлична от средней Vi, ср .

Абсцисса минимального сигнала соответствует средней скорости движения частиц в потоке, а величина минимального сигнала характеризует дисперсию скоростей частиц в потоке воздуха.

Сканирующее устройство 5 осуществляет развертку светового луча, прямое направление которого совпадает

с направлением транспортирования материала.

Видеосигнал, отраженный от частиц вещества, попадает на фотоприемник бив виде пропорционального ему электрического сигнала - на усилитель 7, дифференцирующее устройство 11 которое пропускает только переменную составляющую этого сигнгша, поступающего на вход коррелятора 8. ЭкстремальньЛй регулятор 9 через привод сканирующего устройства 5 так управляет частотой развертки светового луча, Ч7)обы сигнал на выходе коррелятора 8 был минимальным.

Это соответствует синхронной скорости перемещения освещенной зоны и средней скорости движения частиц в потоке. При изменении скорости движения частиц материала экстремальный регулятор 9 через привод сканирующего устройства 5 так изменяет скооость развертки светового луча, чтобы на выходе коррелятора 8 сохранился минимальный сигнал.

Регистратор 10 скорости по скорости развертки светового луча сканирующим устройством 5 фиксирует

5 среднюю скорость движения частиц материала в потоке () , а по величине минимального сигнала, измеряемого прибором 13, определяют дисперсию скоростей частиц в двухфазном потоке dV

0

dV min ,

где К - коэффициент пропорциональности .

Для того, чтобы исключить влияние электрических импульсов на точность

5 определения скорости частиц при обратном ходе светового луча сканирующего устройства 5 а также начального электрического -импульса при входе луча в измерительную зону ок0на 2, узел 12 блокировки в цепи дифференцирующего устройства 11 отключает выходной канал усилителя 7 на соответствующий отрезок времени.

Возможность определения средней

5 скорости частиц и дисперсии скоростей частиц в потоке жидкой или газовой среды обеспечивается путем создания перемещающейся освещенной зоны регистрации и выделения электри0ческих импульсов, пропорциональных частоте oтpaжe ныx световых импульсов при.взаимопересечении освещенной зоны с движущимися частицами материала.

5

Формула изобретения Устройство для изг рения скоростей частиц в потоке, содержащее источник света, оптический сканатор с приводом, фотоприемник, усилитель,

0 коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход фотоприемника соединен с входом усилителя, а выход коррелятора через экстремальный регулятор 5с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования и первым входом коррелятора, отличающееся тем, что, с целью

0 расширения функциональных возможностей путем измерения дисперсии скоростей частиц в потоке, в него введены оптически согласованный с сканатором и последовательно соеди5ненные дифференцирующее устройство

И узел блокировки, а также регистратор минимального значения напряжения, при этом дифференцирующее устройство подключено к выходу усилите я, узел блокировки - к второму входу коррелятора, а регистратор минимального значения напряжения - к выходу коррелятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Козубовский С.Ф. Корреляционные экстремальные системы. Киев, Наукова думка, 1973, с. 36.

2.Авторское свидетельство СССР

532816, кл.С,01 Р 3/36, 1975 (прототип }.

фиг. 2