Оптический доплеровский измеритель двухточечных корреляций скорости турбулентного потока

Оптический доплеровский измеритель двухточечных корреляций скорости турбулентного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДВУХТОЧЕЧНЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ СКОРОСТИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные лазер, частотный модулятор, блок формирования двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующихпучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключенную к вькоду фотоприемного устройства , отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и повышения точности, в него введены блок формирования третьего зондирующего пучка, смещенного по частоте относительно первых двух зон- S дирующих пучков, установленный на сл оптической оси фотоприемного устройст ва, а также электрооптический коммутатор , установленный между блоком .формирования третьего зондирующего 2 .пучка и фотоприемным устройством.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1113747 А зов C 01 Р 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ("т „.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54)(57) 1. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬ ДВУХТОЧЕЧНЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ (2 j) 3613457/18-10 (22) 05.05.83 (46) 15.09.84. Бюл.934 (72) Б.С.Ринкевичюс, В.И;Смирнов и А.С.Тимофеев (71) Московский ордена Ленина и ордена

Октябрьской Pеволюции энергетический институт (53) 532.574(088.8) (56) 1. Смирнов В.И., Тимофеев А.С.

Измерение пространственных корреляций двухканальным оптическим доплеровским анемометром. — "Автометрия", 1982, ¹3, с, 102-105.

2. Ринкевичюс Б.С. Смирнов В.И.

Оптические доплеровские измерения пространственной структуры турбулентности. Труды МЭИ, вып.422. 1979. с.9-16 (прототип).

СКОРОСТИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные лазер, частотный модулятор, блок формирования двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующих пучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключен- ную к выходу фотоприемного устройства, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и повышения точности, в него . введены блок формирования третьего зондирующего пучка, смещенного по

O частоте относительно первых двух зон- 19 дирующих пучков, установленный на оптической оси фотоприемного устройст- фФ ва, а также электрооптический коммутатор, установленный между блоком ,формирования третьего зондирующего

М .пучка и фотоприемным устройством.

1113747

2. Измеритель по п.1, о т л и-.. ч а ю шийся тем, что, с целью расаирения функциональных воэможностей эа счет измерения не только йоперечных, но и продольных двухточечных корреляций скорости турбулентного потока, в него дополнительно

Ф

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения двухточечных корреляций турбулентных пульсаций скорости, что необходимо при исследованиях 5 пространственной структуры турбулентности.

Известно устройство, содержащее лазер, блок деления пучка, два акустоойтических модулятора, систе- 10 му формирования двух пар зондирующих пучков, систему сканирования, приемная оптическая система содержит два фотоприемника, сигналы с выхода которых поступают в систему аналоговой корреляционной обработки, формирующую спектр произведения двух сигналов. Принцип действия измерителя основан на спектральном анализе двух доплеровских сигналов и анализе щ их спектра электронного перемножения 1».

Недостатком измерения является относительная сложность конструкции.

Известен также оптический доплеровский измеритель двухточечных корреляций скорости потока, использующий когерентный режим работы ЛДА лазерного доплеровского анамометра, при котором доплеровский сигнал asЗО ляется результатом интерференции волн, рассеянных частицами, находящимися в разных точках потока. Измеритель содержит последовательно установленные и оптически согласованные лазер, З5 частотный модулятор, блок формирования двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующих пучков, и систему регистра- 4О ции доплеровского сигнала, подключен ную к вьмоду фотоприемного устройства Г 2».,введены оптически согласованные с блоком формированйя третьего зондирующего пучка пары полупрозрачных и глухих зеркал, установленных соответственно перед и за исследуемым потоком, между электрооптическим коммутатором и фотоприемным устройством.

Э

Недостатком измерителя является сложность настройки прибора, в частности фотоприемного устройства, опти. ческую ось которого трудно направить в точки измерения, обеспечив при этом точное пересечение оси приема рассеянного света одновременно с двумя зондирующими пучками. Устройство характеризуется также необходимостью проведения дополнительных измерений локальных пульсаций скорости в двух точках потока. Оптическая схема прототипа не позволяет это сделать наряду с измерением когерентного сигнала в двух фиксированных точках потока.

Все это усложняет процесс измерении пространственных корреляций, приводит к необходимости проведения дополнительной серии локальных измерений с помощью традиционных схем лазерных доплеровских анемометров и, в конечном счете нарушая пространственное, а также существенно-временное разрешение измерения, приводит к снижению точности проводимых корреляционных измерений.

Целью изобретения является упрощение процесса измерения и повышение

его точности.

Поставленная цель достигается тем, что в оптический доплеровский измеритель двухточечных корреляций скорости турбулентного потока, содер. жащий последовательно установленные и оптически. согласованные лазер, частотный модулятор, блок формирования двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующих пучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключенную к выходу фотоприемного устройства, введены блок формирова-

111374 7

3 ния третьего зондирующего пучка, ; смещенного по частоте относительно первых двух зондирующих пучков, установленный на оптической оси фотоприемного устройства, а также электрооптический коммутатор, установленный между блоком формирования третьего зондирующего пучка и фотоприемным устройством.

Кроме того, с целью расширения 10 функциональных возможностей за счет измерения не только поперечных, но и продольных двухточечных корреляций скорости турбулентного потока, в него дополнительно введены оптически 15 согласованные с блоком формирования третьего зондирующего пучка пары полупрозрачных и глухих зеркал, установленных соответственно перед и за исследуемым потоком между элект- 20 рооптическим коммутатором и фотоприемным устройством. На фиг.1 представлена структурная схема предложенного устройства; на фиг.2 — геометрия зондирующих пучков

25 при измерениях корреляций в точках, расположенных в потоке произвольно.

Устройство содержит лазер 1, частотный модулятор 2, блок формирования зондирующих пучков 3 блок формирования дополнительного зондирующего пучка 4, фотоприемное устройство 5, электрооптический коммутатор, включающий в себя подвижный экран 6, регулятор напряжения 7 высоковольт- 35 ного блока питания 8. Кроме того, устройство содержит систему регистрации 9, исследуемый поток 10,пары полупрозрачных и глухих зеркал 11 и 12, установленные соответственно 40 перед и за исследуемым потоком.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 попадает в модулятор 2, который расщепляет

45 пучок на несколько дифрагированных и задает частотный сдвиг между соседними лучами.

Оптическая схема 3 формирует два параллельных сфокусированных пучка 50 и направляет их в исследуемый поток

10. С помощью устройства 4, например системы призм или зеркал, третий зондирующий пучок, смещенный по частоте относительно первого и второго зон-5 дирующих пучков, фокусируется в поток для пересечения с параллельными пучками.

Фотоприемное устройство настраивается таким образом, что дополнительный пучок направляется через апертурную диафрагму (не обозначена), объектив и полевую диафрагму на поверхность фотоприемного устройства

5. Электрооптический коммутатор попеременно то закрывает, то открывает на время, равное периоду измерения, дополнительный лазерный пучок с помощью подвижного экрана 6. При открытом пучке в поле зрения фотоприемной системы попадают сразу обе точки измерения. Спектры доплеровских сигна. лов при этом разнесены по частоте.

При закрытом пччке схема работает аналогично прототипу, и система 9 регистрирует когерентный сигнал, несущий информацию с корреляцией скоростей. Уровень когерентного сигнала, образующегося при фотосмешении рассеянных световых волн на поРядок ниже некогерентного,получаемого при прямом попадании опорного пучка ., в фотоприемник. Поэтому синхронно с движением экрана 6 осуществляется переключение высоковольтного напряжения блока питания 8 ступенчатого регулятора 7. Это открывает возможность подключения ЭВ11 для автоматизации процесса измерения.

Для изменения конфиг урации точек измерения, в частности для измерения продольных корреляций скорости, устройство может быть дополнено системами деления — согласования пучка в виде пар полупрозрачных и глухих зеркал 11, 12, установленных в оптической схеме (фиг.2). При этом устройство работает аналогично описанному.

Технический эффект предложенного устройства состоит в улучшении его эксплуатационных характеристик, что выражается в упрощенной и более точной ..настройке (юстировке) оптической фотоприемной системы устройства по прямому попаданию дополнительного пучка в диафрагму фотоприемника, в.точной настройке пересечения этого пучка и двумя исходными пучками, что ,.значительно проще и точней, чем обеспечение пересечения "невидимой" оптической оси приема рассеянного света с пучками в прототипе. При этом расширяется диапазон измеренных параметров, так как предлагаемое устройство за время, определяемое быстродействи" ем электрооптического коммутатора

f I 13747 время как тр ебуются локапьных зованием тем, Составитель Ю. Власов

Редактор Н. Швыдкая Техред М.Кузьма Корректор Г. Решетник

Заказ 6614/38 Тираж 822

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и регистрирующей аппар атур ы, измеряет как локальные, так и пространст венные характеристики турбулентного потока, что необходимо для расчета коэффициента корреляЦии, в то . 5 при применении прототипа дополнительные измерения характеристик с испольдругих оптических сис