Устройство для измерения скорости движения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, содержащее оптически согласованные лазер, расщепитель , фокусирующий и собирающ объективы, поляризационный расще;питель , выполненный преимуществен в виде призмы Волластона, два фотоприемника , выходы KOTOIXJX через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку измерения частоты, отличаюцеес я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет снижения уровня шумов при измерении скорости оптических активных сред, в него введешз последовательно электрически соединенные экстремальный регулят ор и исполнительный механизм, при этом вход Экстремального регулятора подключен к выходу электронногоблока измерения частоты-, a выход исполнительного механизма кинематически связан с ПРИЗМОЙ Волласто на.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н!

3(5В 01 P 3 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН ABTOPCHOlVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГИЙ (21) 3426653/18-10 (22) 23.04.82 (46) 07.12.83. Вюл. 9 45 (72) В.И.Землянский (71) Киевский ордена Трудового

Красного Знамени .институт инженеров гражданской авиации (53) 532, 5 (088.. 8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

В 413892,. кл. G 01 Р 3/36, 1972 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, содержащее оптически согласованные лазер, расщепитель, фокуснрующий и собирающий объективы, поляризационный расще; питель, выполненный преимущественно в виде призмы Волластона, два фотоприемника, выходы которых через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку измерения частоты, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повыаения точности измерения за счет снижения уровня шумов при измерении скорости оптических активных сред, в него введены последовательно электрически соединенные экстремальный регулятор и исполнительный механизм, при этом вход экстремального регулятора подключен к выходу электронного- блока! измерения частоты; а выход исполнительного механизма кинематически связан с призмой Волласто« pg на.

1059512

Изобретение относится к измерительной технике и может быть ис пользовано для измерения локальных скоростей потоков жидкостей и газов.

Известно устройство для измерения скорости движения доплеровским способом. Устройство содержит оптически согласованные лазер, расщепйтель, фокусирующий и собирающий объективы, поляриэационный расщепитель, выполненный преимущественно в виде призмы Волластона, два фотоприемника, выходы которых через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку измерения частоты $1) .

Недостатком известного устройства является его невысокая точность измерений в оптически активных средах.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет снижения уровня шумов при измерении скорости оптически активных сред.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для измерения скорости движения, содержащее оптически согласованные лазер, расщепитель, фокусирующий и собирающий объективы, поляризационный расщепитель, выполненный преимущественно в виде призмы Волластона, два фотоприемника, выходы кото-. рых через дифференциальный усилитель подключены к электронному блоку измерения частоты, введены последовательно электрически соединенные экстремальный регулятор и исполнительный механизм, при этом вход экстремального регулятора подключен к выходу электронного блока измерения частоты, а выход исполнительного механизма кинематически связан с призйой Волластона, На чертеже представлена блоксхема устройства.

Устройство содержит лазер 1, излучающий линейно-поляриэационный луч 2, расщепитель 3, делящий луч 2 на два луча 4 и 5, фокусирующий объектив 6, область 7 измерения, собирающий рассеянное излучение 8 обектив 9, поляриэационный расщепитель в виде призмы Волластона 10, световоды 11 и 12, фотоприемники 13 и 14, дифференциальный усилитель 15, измеритель доплеровской частоты 16, экстремальный регулятор 17, исполнительный механизм в виде усилителя 18, исполнительный двигатель 19 механически связанного через редуктор. 20 с поляризационным расщепи- телем 10, который может вращаться вокруг оптической оси приемной оптики.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 излучает линейно-поляризованный луч 2, который с помощью расщепителя 3 делится на два луча 4 и 5 равной интенсивности. Параллельные оптической оси схемы лучи 4 и 5 фокусируются объективом .6 в область 7 измерения, движущегося со скоростью потока. Рассеянное на частицах назад излучение 8 изменяет свое состояние поляризации и затем собирается объективом 9 и направляется на поляризационный расщепитель 10, с помощью которого осуществляется разделение рассеянного излучения на два луча со взаимно

15 ортогональным линейным состоянием поляризации. Один луч с выхода поляризационного расщепителя через световод 11 направляется на фотоприемник 13, а другой луч — через световод 12 на фотоприемник 14.

Пусть рассеянное назад излучение, как от первого, так и от второго облучающих лучей 4 и 5, имеет линейное состояние поляризации.

25 Причем азимут линейно-поляризованной рассеянной от второго луча волны

Е 2 ОтличаЕтсЯ от азиМУта линейно поляризованной рассеянной от первого луча волны Е 1 на угол )) . В этом случае в результате оптического гетеродинирования на выходе фотоприемника 13 образуется сигнал

3 =y(Е сов (E(,+E „, co@ (у-e >

2 Я (1)

»-2«ыы,cosa»cos(f-ы»1cos(cogE»(»E» cE»l)» ( а на выходе фотоприемника 14 сигнал

Г 2

40 311 ) Е, в Ып aGin(g-Ê,)+))

«Еты» р»»пы» s»n(x.ы,1 «»«ы(««Ь(»Ei-»E,l»<80)j, (2) где ?? - коэффициент пропорцио45 нальности; угол между вектором Е 1 и оптической осью ОХ поляризационного расщепления;

E> En,> — амплитуды рассеянныхволн; вв1 и q — фазы первой и второй

2 рассеянных волн.

Поскольку выходы фотоприемников соединены с входами дифференциального усилителя 15, то в результате вычитания сигналов (1) и 12) на выходе дифференциального усилителя образуется сигнал вида

2 2

3 ы= «(Ещы»совla»»E ms«cos<(g-a,l«Ems»»

«Ems )coo(Eai-E)«os(»op<«(u, Ц Я. (И)

Переменная составляющая этого сигнала (3) на доплеровской частоте

2|

65 имеет максимум при К,=

1059512

Составитель Ю.Власов

Редактор М.Янович Техред B.äàëåêoðåé Корректор О,Билак

Заказ 9823/50 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал НПП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4

Выход дифференциального усилителя 15.соединен с входом измери-. теля доплеровской частоты 16, с помощью которого осуществляется выделение максимума спектра доплеровского сигнала, частота которого пропорциональна скорости потока.

К выходам измерителя доплеровской частоты 16 подключен экстремальный регулятор 17, выходной сигнал которого усиливается усилителем 18 и подается на исполнительный двигатель 19, вал которого через редуктор

20 вращает ноляризационный расщепитель вокруг оптической оси приемной оптики до отыскания максимума доплеровского сигнала.

При выполнении условияи =- амУ

4 2 плитуда доплеровского сигнала имеет максимальное значение, равное величине доплеровского сигнала при согласованном состоянии поляризации рассеянных волн.

Таким образом, предлагаемая схема обеспечивает существенное повышение отношенйя сигнал/шум, например при /= 88 отношение сигнал/ шум возрастает более чем в 10 раз

5 по сравнению с известной схемой, достигаемое эа счет использования оптической схемы полного приема рассеянного сигнала в независимости от значений азимутов линейно поляризованных рассеянных волн, а также . системы экстремального регулирования и настройки схемы на максимум амплитуды доплеровского сигнала;.

Кроме того, при f- 90 и К =45 в схеме происходит компенсация низкочастотной составляющей сигнала, наличие которой затрудняет выделение ,сигнала иэ помех. В предлагаемой схеме могут бытьиспольэованы более мелкие частицы, что позволяет уменьшить методическую погрешность измерения, обусловленную отставанием рассеивающих частиц от потока.