Волоконно-оптический зонд доплеровского анемометра

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потоков в труднодоступных местах. Цель изобретения - повышение соотношения сигнал/п1ум Sa счет увеличения контрастности интерференционных полос в измерительном объеме. Передающие одномодовые световоды вьшолнены в виде единого волоконного тракта 6 с общей оболочкой и двумя раздельными сердцевинами эллиптического сечения , большие оси которых параллельны . Расщепитель 2 делит излучение лазера 1 на два пучка, оптическая частота одного из которых сдвигается на определенную величину в ячейке 3. Объективом 5 пучки фокусируются на сердцевинах волоконного тракта 6. Объективом 7 излучение направляется в область измерения 8. Измеряется частота тока фотодетектора 11 и определяется скорость среды . 4 ил. (Л ю ас N9 СО Фие.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1278723 А1 (51)4 С 01 Р 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° сД

h4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3903277/24-10 (22) 31,05,85 (46) 23.12.86. Бюл. Ф 47 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Институт общей физики

АН СССР (72) A.Н.Гурьянов, Д.Д.Гусовский, Г.Г,Девятых, Е.M.Дианов, В.Б.Неуструев, С.Н,Хотяинцев и Л.К.Яровой (53) 532 ° 574(088,8) (56) Патент .С111А N - 3552855, кл, 356-28 (G 01 P 5/00), 1971.

Applied Optics, 1980, 19, N - 8, 1306-1308 ° (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ЗОНД ДОПЛЕРОВСКОГО АНЕМОМЕТРА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потоков в труднодоступных местах. Цель изобретения — повышение соотношения сигнал/шум за счет увеличения контрастности интерференционных полос в измерительном объеме. Передающие одномодовые световоды выполнены в виде единого волоконного тракта 6 с общей оболочкой и двумя раздельными сердцевинами эллиптического сечения, большие оси которых параллельны. Расщепитель 2 делит излучение лазера 1 на два пучка, оптическая частота одного из которых сдвигается на определенную величину в ячейке 3, Объективом 5 пучки фокусируются на сердцевинах волоконного тракта 6. Объективом 7 излучение направляется в область измерения 8.

Измеряется частота тока фотодетектора 11 и определяется скорость среды. 4 ил.!

278723 2

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потоков в труднодоступных местах и может найти применение в медицине, в нефтехимической промышленности, в теплоэнергетике, в гидродинамике.

Цель изобретения — повышение соотношения сигнал/шум за счет увеличения контрастности интерференционных полос в измерительном объеме.

И@ фиг, 1 и 2 представлены модификации схемы доплеровского анемометра с волоконно-оптическим зондом, на фиг. 3 — волоконный тракт, поперечное сечение; на фиг. 4 — варианты выполнения объектива на конце зонда..

Волоконно-оптический зонд содержит последовательно расположенные лазер 1 (фиг, 1), расщепитель пучка, выполненный в виде интерферометра

Маха-Цандера 2, в одном плече которого расположена частотосдвигающая ячейка 3, работающая в режиме дифракции Брегга. Зеркало интерферометра 4 выполнено поворачивающимся вокруг оси, что позволяет устанавливать некоторый угол между сов мещаемыми пучками. Расщепитель пучка может быть также выполнен в виде частотосдвигающей ячейки 3, работающей в режиме дифракции Рамана-Ната (фиг, 2). В этом случае угол между первым и минус первым дифракционным порядками, которые используются в дальнейшей работе зонда, зависит от соотношения между длиной волны оптического излучения Я и длиной волны акустического поля в ячейке

52: =2Я /Л .

После расщепителя пучки падают на собирающую линзу 5, в фокальной плоскости которой расположен торец передающего волоконного тракта 6.

Пучки фокусируются на сердцевинах передающего тракта 6. Расстояние о между осями сердцевин тракта 6 и угол однозначно определяют фокусное расстояние объектива 5: f,— = b/lg °

Двухканальный волоконный тракт выполнен в виде двух раздельных сердцевин с показателем преломления п, расположенных на расстоянии З,и общей оболочки из материала с показателем преломления и< (фиг.Э). Сечения сердцевин представляют собой эллипсы, малые оси которык лежат на одной прямой, а большие параллельны. Такое распределение показателя преломления в сечении двухканального тракта возникает из-за того, что при сплавлении двух световодов сипы поверхностного натяжения формируют общую оболочку цилиндрической формы, а сердцевины, деформируясь, приобретают эллиптическое сечение, Двухканальный волоконный тракт может быть также выполнен вытяжкой предварительно изготовленной двухканальной заготовки. 3аготовка оплавляется из двух идентичных заготовок одномодовых световодов, при этом процесс формирования заданного показателя преломления аналогичен описанному.

На конце передающего тракта 6 расположен объектив 7. Наиболее. высокая точность измерения скорости обеспечивается зондом при расположении излучающего торца -.ðàêòà 6 в фокальной плоскости объектива 7. В этом случае период оптической интеренференционной решетки ЛХ составляет 5 Х= ЛГ /S n, где f — фокусное расстояние объектива 7. В среде объектив 7 может быть выполнен в виде микролинзы на концеволоконного тракта 6 (фиг. 4, вверху) ° Центр кривизны преломляющей поверхности микролизны следует расположить на расстоянии E (2+9 п7 ) /(и п ) от торца тракта 6, где R — радиус кривизны преломляющей поверхности, п и п — показатели преломления соответственно линзы и среды. Объектив

7 может быть также выполнен в виде коллимирующей градиентной линзы (фиг. 4, внизу), Доплеровский анемометр кроме волоконно-оптического зонда содержит приемный объектив 9, сопрягающий область пересечения интерферирующих пучков 3 входным торцом приемного световода 10. Световод 10 связан с фотодетектором 11, который в свою очередь связан с доплеровским процессором 12, выполненным, например, в виде анализатора спектра.

Работа предложенного волоконнооптического зонда в составе доплеровского анемометра происходит следующим образом.

Излучение лазера 1 разделяется о в делителе на два пучка. В ячейке 3 оптическая частота одного из пучков сдвигается на величину F, после чего с помощью объектива 5 пучки фоку1 278723

Фи 2

7Риг.4ВНИИПИ Заказ 6828/41 Тираж 778 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сируются на сердцевинах волоконного тракта 6, По двум каналам волоконного тракта 6 излучение попадает на объектив 7 и направляется в область 8 измерения, При этом в области пересечения интерферирующих пучков возникает бегущая интерференционная картина. Рассеивающая частица среды, пересекающая интерференци-. онное поле 8 со скоростью V рассеивает излучение, промодулированное по амплитуде с частотой f<»

Г =FR+V /ьХ.

Знак -" или "+" выбирается в зависимости от того, движется частица по направлению движения интерференционных полос или навстречу. Рассеянное излучение собирается объективом 9 и направляется по световоду 10 на фотодетектор 11. Доплеровским процес-, сором 12 измеряется частота тока фотодетектора 11 и определяется скорость сред . формула изобретения

Волоконно-оптический зонд доплеровского анемометра, содержащий последовательно расположенные лазер, t0 расщепитель пучка, два передающих одномодовых световода, объектив, отличающийся тем, что, с целью повышения соотношения сигнал/шум за счет увеличения контраст15 ности интерференционных полос в измерительном объеме, световоды выполнены в виде единого волоконного тракта с общей оболочкой и двумя раздельными сердцевинами эллипти20 ческого сечения, при этом большие оси элементов параллельны.