Устройство для измерения скорости звука в гиперзвуковом газовом потоке

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в экспериментальной аэродикамике. Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности производимых измерений. Газовый поток направляется в зазор между двумя плоскопараллельными пластинами, скрепленными друг с другом и с державкой. На нижней пластине установлен датчик статического давления. Датчик плотности газа расположен в корпусе. скрепленном с державкой. Он содержит двухлучевой интерферометр, линзу, экран, световод и фотоэлектронный умножитель. Зондирующий луч интерферометра вводится через окно в газовый поток между пластинами, затем отражается от зеркала и после интерферирует в линзе с опорным лучом. Увеличенное изображение интерференционной картигсы нроецируется на экране со целью, ширина которой равна 0,1 0,15 внфины изображения интерференционной полосы. Разность фаз лучей зависит только от плотности газа между пластиназии. Электрический § сигнал с уьшожителя и сигнал с датчиW ка статического давления через промежуточные элементы подаются на регистратор . Скорость V звука определяют расчетным путем по известной формуле где f- отношение теплоемкостей} плотность газа; f - статическое давление газа, t ил.

С01ОЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1Е а)

11» G Ot М 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .:;,, !/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3889216/24-28 (22) 19.04.85 (46) 07. 10.86. Бюл. У 37 (72) В.И.Бутин, В.В.Иванов, В.А.Родионов и В.П.Сахаров (53) 531.767(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 466783, кл. G 01 М 9/00, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В ГИПЕРЗВУКОВОМ ГАЗОВОМ

ПОТОКЕ (5 7) Изобре тение относится к измерительной технике и может быть применено в экспериментальной аэродинамике.

Цель изобретения — расвирение диапазона и повышение точности производимых измерений. Газовый поток направляется в зазор между двумя плоскопараллельными пластинами, скрепленными друг с другом и с державкой.

На нижней пластине установлен датчик статического давления. Датчик плотности газа расположен в корпусе, скрепленном с державкой. Он содержит двухлучевой интерферометр, линзу, экран, световод и фотоэлектронный умножитель. Зондирукиций луч интерферометра вводится через окно в газовый поток между пластинами, затем отражается от зеркала и после интер- ферирует в линзе с опорным лучом.

Увеличенное иэображение интерференционной картины яроецируется на экране со щелью, аирина которой равна

0,1 - 0,.15 аирины изображения интерференционной полосые Разность фаэ лучей зависит только от плотности. газа между пластинами. Электрический сигнал с умножителя и сигнал с датчи- ® ка статического давления через промежуточные элементы подаются на регистратор. Скорость Ч звука определяют расчетным путем по известной формуле Ч=) Р », тле 7- отиоиеиие ф теплоемкостей; Р - плотность газа;

Р - статическое давление газа. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для исследования потоков в аэродинамических трубах.

Цель изобретения — расширение диапазона и повышение точности йроизводимых измерений.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит две плоскапараллельные пластины 1, жестко соединенные клинообразными стойками 2 между собой и с державкой 3. В одной из i:ëàñòèí 1 расположен датчик 4 ста,тического.давления. Державка 3 жестко соединена с корпусом 5 лазернога интерферометра.

В корпусе 5 расположены лазер 6 с расщепителем 7 луча и с поворотными зеркалами 8, короткофокусная линза 9 и экран 10, снабженный щелью 1! и соединенный с волоконным световодом 12 фотоэлектронного умножителя 13

Нижняя пластина 1 снабжена оптическим окном 14, а верхняя — зеркалом 15, расположенными соосно с продольной осью лазера 6. Лазер 6 и фотоумножитель 13 соответственно соединены с блоками 16 и 17 питания. Датчик 4 статического давления и фотоумножитель 13 соединены через усилители 18 и 19 со светолучевым осциллографом 20

Корпус 5 лазерного интерферометра закрепляется на месте оптического окна в рабочей части аэродинамической установки.

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 6, проходя расщепитель 7, разделяется на зондирующий 21 и опорный 22 лучи. Луч 21 из расщепителя 7 проходит через канал державки 3 и оптическое окно 1« и вводится в газовый поток между пластинами 1, затем отражается от зеркала 15, вновь проходит через газовый поток и попадает на расщепитель 7, где разделяется и падает на одно иэ поворотных зеркал 8, с помощью которых лучи 21 и 22 пересекаются внутри короткофокусной линзы 9 и образуют интерференционное поле, увеличенное иэображение которого проектируется на экран 10.

Через щель 11, расположенную параллельно интерференционным полосам на экране 10, свет от фиксированного участка изображения интерференционного поля подается через волоконный го давления.

Среднее эначение интенсивности суммарного поля I (,х t) в области пересечения двух монохроматических волн одинаковой частоты равно

П

I(x t)=A +A +2A А cos (-----.----х+

Р /2в ЫЫ/2

+чИ)3, (1) где х — координата по оси, перпендикулярной биссектрисе угла re20 ресечения лучей 21 и 22;

А,A — амплитуды волн лучей; ф Э

А — период интерференционного

2S I i Û/2 поля;

h — длина вьчны лазера; с — угол пересечения лучей; (t f Ч (t) разность фаз двух лучей.

Р, зность фаз Ч (с) в формуле (1)

ЗО для рассматриваемой схемы интерферометра является функцией только плотности газа между пластинами 1, так как разность хода оптических лучей 21 и 22 внутри державки 3 и корпуса 5 является постоянной величиной.

Ç5 Пои изменении плотности газа интерференционная картина приходит в движение и электрический сигнал с фотоэлектронного умножителя 13 становится синусоидальным, при этом чис40 ло периодов сигнала прямо пропорционально изменению плотности газа между пластинами 1.

Для обеспечения необходимой пространственной разрешающей способности и для защиты фотоумножителя от перегрузки при регистгации светового сигнала ширина щели 11 выбирается по формуле и =(О, 1 -,- 0,15)6, (2)

50 где а — ширина щели; — ширина интерференционной полосы на экране 10.

Используя градуировочные графики, определяют статическое давление и

55 статическую плотность (по числу периодов синусоидального сигнала фотоэлектронного умножителя на осцилло-. грамме светолучевого осциллографа

62321 2 световод 12 на фотоумножитель 13.

Электрический сигнал с фотоумножителя 13, пропорциональный интенсивности света, падающего на щель экрана 10, 5 через усилитель 19 подается на светолучевой осциллограф 20, на который через промежуточный усилитель 18 hoдается сигнал с датчика 4 статическо3 126 при изменении уровней плотности газ 1 от известного до измеряемого), а скорость звука V определяют расчетным путем по формуле

V= f--- (3) р 1 где г — отношение теплоемкостей; — статическая плотность;

P — статическое давление газа.

Использование изобретения в аэро- 10 динамических исследованиях существенно повышает кадежность, быстродействие и точность определения квазилокальной скорости звука в гиперэвуковых газовых потоках, позволяет расши- (5 рить диапазон применения в газовых потоках как с высокой, так и с низкой статической плотностью рабочего газа.

Формула изобретения

2О

Устройство для измерения скорости звука в гиперзвуковом газовом потоке, содержащее державку, две плоскопараллельные пластины, установленные па- 25 раллельно друг другу и скрепленные с державкой, регистрирующую аппаратуру с датчиком статического давления, установленным на одной из пластин, 2.3 21 4 и с установленным в державке датчиком плотного газа с последовательно установленными волоконным световодом и фотоэлектронным умножителем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности производимых измерений, датчик плотности газа выполнен в виде двухлучевого лазерного интерферометра, корпус интерферометра соединен с державкой, устройство снабжено последовательно установленными линзой, расположенной в месте пересечения опорного и рабочего лучей интерферометра, и проекционным экраном, выполненным со щелью, ширина которой определяется зависимостью а =(0,1-0, 15)Ь, где а — ширина щели;

6- ширина интерференционной полосы на экране, входной торец волоконного световода оптически связан с проекционным экраном, в ближней к интерферометру пластине выполнено оптическое окно, дальняя от интерферометра пластина снабжена зеркалом, оптическое окно и зеркало расположены соосно с оптической осью устройства.

126?32"

Составитель С. Грачев

Редактор А,Шишкина Техред М,Ходаиич Корректор В.Синицкая

Заказ 5417/38 Тираж 778 Подписное

ВНИИИИ Государственного комитета СССР на делам изобретений и открытий

113035, Москва, 6-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4