Устройство для измерения характеристикпотоков

Устройство для измерения характеристикпотоков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

llHCl ()))672993

Сок>э, Советснмн

Соцнапнстическмх

Респубпми

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заивлеио 01.07.77 (21) 2501989У18 10 с присоединение(и заявки J% (5 I ) M. Кл.

Я 01 Р 5/18

Гооударствоннмб комнтат

СССР (23) Приоритет (5З1УД 5З2.57 (088.8) Опубликовано 23.05.81. Беллетеиь Рй 19 ло долам нзобретеннй и отнрытнй

Дата опубликования описания 25.05,81

А. М. Трохан, С. P. Стефанов, М. И. Кузнецов, В. А. Бепогольский, Л. N. Саморукова, М. Г. Батов и Е. П. Горев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (,54) УСТРОЙСТВО йЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК -ПОТОКА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дпя исследования параметров ïoòоков жидких и газообразных сред.

Известны устройства дпя измерения характеристик потока, содержащие два, генератора, соединенные с ультразвуковыми излучателями, и приемник ультразвуковых колебаний, соединенный с фаэоразностной измерительной схемой (1 ).

Эти устройства могут измерять ско- рость ультразвука в среде и среднюю скорость движущейся среды в закрытом объеме от одного излучателя к другому.

Однако они не позволяют измерять одтто- .. временное распределение локальной скорости потока и скорости ультразвука.

Наиболее близким к изобретению, по технической сущности и достигаемому ре-зультату является устройство длй измерения характеристик потока, содержащ(е генератор частот, два упьтразвуковьтхс излучателя, трубопровод исследуемого пото ка с прозрачными стенками, приемник

l .ультразвуковых колебаний, состоящий из источника когерентного "излучения — ОКГ и фотоприемника, расположенных по разные стороны от трубопровода с прозрач ными стенками, и фазсразностную измерительную систему (2).

Недостатком устройства является невозможность определения двух компонент вектора скорости локального объема, а т0 также невысокая точность измерения характеристик потока. (..(ельто; иэобре1 ения является одновре-менное определение двух компонент вектора скорости потока и повышение точности измерен ия.

Это достигается тем, что в известное устройство введен дополнительный ультразвуковой излучатель, расположенный перпендикулярно двум другим излучателям, ориентированный вдоль:вектора средней скорости потока, а приемник ультра- звуковых колебаний дополнительно снабжен фотоприемником с крестообразной апертурной диафрагмой и блоками фильтров, метрам 26,27,28, выход которых подключен к пересчетному устройству 29, Кроме того, выходы двух одинаковых фильтров комплектов 13,14 подключены суммирования и разностной схемы 33.

Выход схемы 32 подключен к ОКГ 6, а выход схемы 33 — к одной из пар ФЭУ, зом. .При работе генератора 1 на частотах в исследуемом объеме среды 1 2. с помощью излучателей 2,3,4 создается режим бегущих акустических волн, на которых дифрагирует когерентное излучение приемника ультразвуковых колебаний. Если до входа в зону пересечения ультразвуковых волн излучение ОКГ имело частоту Хс, то íà выходе оно будет иметь

+ g f, где — частота ультрал звуковых колебаний И = 0,1,2... При модуляции светового, излучения одновременнб другим полем ультразвука с частотой fg на выходе зоны пересечения ультразвука будут содержаться и световые пучки с частотами с + p 5 . При сложении отдельных пучков с разными частотами в плоскости дифракции, например

f.o+ (1 + Е ), образуется бегущая интерференционная картийа ультразвукового поля, Настраивая фильтры на частоту ультразвуковых колебаний, можно следить за изменением разности фаэ этих колебаний в двух точках исследуемой среды, которая равна

Э

К каждому фотоприемнику подключено по комплекту фильтров 13,14,15,16, каж45 дый из которых состоит из трех одинаковых фильтров 17, 18, 19, настроенных на частоты ультразвуковых излучателей . Выходы одинаковых фильтЭ Я Э

У ров, на которые приходит электрический сигнал с ФЭУ, пропорциональный светово- 5О му потоку одного оптического луча, подключены к разностным схемам 20,21,22, а выходы фильтров, на которые йрйходитэлектрический сигнал с ФЭУ, пропорцйо-, нальньй световому потоку другого опти55

I ческого луча, подключены к разностным схемам 23,24,25. Разностные схемы

1 . одинаковъас частот подключены к фазогде 6 — расстояние между двумя точками исследуемой среды

С вЂ” скорость ультразвука; V - скорость потока.

С другой стороны распространение ультразвукового поля в обратном направ лении можн о записать уравнением

Д С+ (2)

Задаваясь определенным направлением компоненты скорости Vy потока, совпадающим с направлением излучения ульт-!

3 672993

4 при этом моделирующие электроды фотоэлектронных умножителей, подключены к вйходам генератора, а выходы фотоэлектI ронных умножителей через соответствующие фильтры — к входам фазометров,выхо- к схеме 30 суммирования, а выходы двух

" """ ды которых подключены к пересчетному одинаковых фильтров комплектов 15, 16 устройству. Приемник излученйа ультра- подключены к схеме 31,суммирования. В звука снабжен дополнительно двумя фото- свою очередь выходы схем 30 и 31 под приеЯникамй устайовлейнйми йа и тй -пу- . ключены кЮ входам третьей схемы 32 чков, отраженных or крестообразных диа- 1р фрагм, расположенных под углом 45 к пучкам лазера и снабженйых зеркально отражающими крестообразными полосками, работающих по одному оптическому лучу, I itrNpafitt- которых сдвиг относительно ос- например, к ФЭУ 9, 10. Модулирующие новного креста диафрагмы равен половине 15 электроды ФЭУ 9,10 и 11,12 соединены длийы волны ультразвука, а в фазораз- . раздельно с выходами генератора 1. постной измерительной схеме комплекты Устройство работает следующим обрафильтров соединены с фазометрами через дополнительно введенные схемй вычитания, входы которых подключены к фильтрам оди- ð иаковых частот, а выходы фильтров-сое.. динены с блоком автоподстройки лазера и ФЭУ, На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фйг. 2 - дано се- 25 чение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — изображен вид Б на фиг. 1.

Устройство содержит генератор 1, соединенный с ультразвуковым излучателями 2, 3 и 4 (фиг. 2). " " 30

Направление излучения излучателя 2 " перпеядикулярно излучению двух других, а, излучатели 3 и 4 развернуты, чтобы из лучение одного из них не отражалось от другого, По разные стороны от трубопро- 35 вода с прозрачными стенками 5 расположены источник 6 когерентного света, делитель 7 с отражающими зеркалами 7, крестообразные диафрагмы 8 с крестообразными полосками 8; фотоприемники 9, 40

10 11 ii 12. .

67ММ3 fAcTo ы 4 Ф и Решая получе н систему уравнений относительно С и V находим е ьно и,<, ф (3) С =1iS —"

%Л 4у, ф

ׄ-h S — -*. .1 2

Йля н ахождения второй компоненты вектора скорости, например в направлении 10 дополнительного ультразвукового приемйика, изменяется разность фаз между двумя точкамИ

i 3=2 Чъ с-Ч

Ч (4) 15

Ре шая это уравнение относительно компоненты скорости у и подставляя скорость ультразвука С, находим б для этого электрические сигнальг с ильгров одного оптического канала нода.ют на схе му 30 суммирования, второгона другую схему 31. При сложении выходных сигналов в схеме 32 мы получаем электрический сигнал, пропорциональный излучению лазера, который поддерживает

-автоматически постоянный уровень выходной мощности источника 6 излучения, а сигнал, пропорциональный изменению разности сигналов с сумматоров, поступает на модулирующие электроды фотоэлектрических преобразователей, например 11,12, и тем самым сигналы с фотопреобразователей двух каналов поддерживаются равными. ф ормула изобретения

М =755 — + — -2—

4 г 4. 4 2

20 (5) Все величины в уравнениях (3), (5) известны и измеряются с помощью схемы (фиг.1).

Вви виду того, что глубина модуляции излучения при сложении двух пучков мала и составляет несколько процентов, для увеличения сигнала, который попадает на вход фазометров, крестообразные диафрагмы 8

0 снабжены отражающими крестообра зными полосками 8 . Свет, отраженный от них;

I попадает на дополнительные фотоприемни ки 10,11. Электрические сигналы фотоприемников 9,10 по одному оптическому

35 каналу равны и сигналы других фотоприемников 11, 12 по другому оптическому каналу равны. Таким образом, электричес-". кие сигналы одинаковых частот пройдя

Э 40 фильтры комплектов, складываются и на выходе схем вычйтания увеличива1отся в два раза, тем самым повышается отношение сигнал/шум в два раза.

С выхода фазометра получают сигналы, 45 пропорциональные разности фаз ультразвуковых колебаний, пересекающих излучение лазера. Эти сигналы поступают в пересчегное устройство, которое согласно приведенным формулам непрерывно выдаег эна50 чения С, V и Vy

Ф

Вторым существенным фактором повышения точности измерения укаэанных параметров является стабилизация уровня излучения приемника ультразвуковых хо55 лебаний и поддержание постоянного сигнала на выходе ФЭУ при постоянном уров- не излучения лазера.

Устройство для измерения характеристик потока, содержащее генератор частот, два ультразвуковых излучателя, трубопровод исследуемого потока с прозрачными стенками, приемник ультразвуковых колебаний, состоящий из лазера и фотоэлектрического умножителя с блоком автоподстройки, расположенных по разные стороны от исследуемого потока, фазоразностную систему с фазометрами и пересчетное усгройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем

1 что, с целью одновремеиного определения двух компонент вектора локальной скоро» сти потока, в устройство введен дополнительный ультразвуковой излучатель, расположенный перпендикулярно,; двум другим излучателям и ориентированный вдоль вектора средней скорости потока, а приемник ультразвуковых колебаний дополнительно снабжен фотоприемником с крестообразной апертурной диафрагмой и блоками фильтров, при этом модулирующие электроды фотоэлектронных умножителей подключены к выходам генератора, а выходы фотоэлектронных умножителей .через соответствующие фильтры — к вхо" дам фазометров, выходы которых подключены к пересчетному устройсгву.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности приемник излучения ультразвука снабжен дополнительно двумя фотоэлектронными умножителями, а апертурные диафрагмы снабжены зеркально отражающими ортогональными полосками, ширина которых и сдвиг относительно основного креста диафрагмы равен половине длины волны ультразвука,в фазоразностную измеритель672993

"myio схему введены комплекты фильтров одинаковых частот, соединенные с фазо-, / метрами через дополнительно введенные схемы вычитания, входы котрых нодключены к фильтрам одннаковых частот, . а выходы фильтров соединены с блоком

; автоподстройкн лазера н фотоэлектронного умножи геля

Источники иифармаиии, принятые во внимание при экспертнзе

1. Ноубл. Йвухчастотный ультразвуковой расходомер. - Приборы для научных исследований, 1968, N. 9, с. 83.

2, Авторское свидетельство СССР

М 498552, юл. G-01 P 5/00, 1976.

6 72993

В1АГ

8идБ

Ял. 3

Составитель Ю, Власов

Редактор -C, Сурков® Ч е сред- З.Фанта; Корректор; Н. Стец

Заказ 3238/48 Тираж 907 Подписное

ИЙИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4