Способ измерения скорости движения рассеивающих объектов в прозрачных средах

 

Изобретение относится к геофизике и позволяет повысить точность и информативность измерений скорости движения рассеиваю1чих объектов. Исходное лазерное излучение направляют на объектив 1, который формирует излучение , попадающее на дифракционную решетку 2. Диафрагма 3 выделяет первый дифракционный максимум, а объектив 4 формирует зондирующий пучок. Излучение, рассеянное движущимися объектами 8, регистрируется приемной системой 5, 6, 7, содержащей устрой- § ство сканирования 5. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU(iii (51) 4 Г 01 С 13/00

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4034750/24-10 (22) 10. 03 ° 86 (46) 07. 11.88. Бюл. Ф 41 (71) МГУ им. М. В.Ломоносова (72) А.В.Белинский, В.В.Розанов, Л.С.Телегин и А.С,Чиркин (53) 532.574.7(088.8) (56) Гусев A.М., Шелковников Н,К., Розанов В.В.; Солнцев М.В. Исследование структуры потока жидкости в канале оптическим допплеровским гидрометром, — Метеорология и гидрология, 1980, В 11, с. 114-116. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ РАССЕИВА)ОЩИХ ОБЪЕКТОВ В ПРО ЗРАЧНЫХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к геофизике и позволяет повысить точность и информативность измерений скорости движения рассеивающих объектов. Исходное лазерное излучение направляют на объектив 1, который формирует излучение, попадающее на дифракционную решетку 2. Диафрагма 3 выделяет первый дифракционный максимум, а объектив 4 формирует зондирующий пучок.

Излучение, рассеянное движущимися объектами 8, регистрируется приемной системой 5, 6, 7, содержащей устрой- Я ство сканирования 5. 1 ил .

1435942

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано, например, для дистанционного измерения скорости тече- 5 ний потоков в океане и атмосфере.

Целью изобретения является повышение точности измерений и увеличение их информативности за счет создания возможности регистрации профиля ско- 10 ростей объектов вдоль трассы зондирования.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходный пучок когерентного излу- 15 чения с помощью объектива направляется на дифракционную решетку. Далее диафрагмнрованием выделяется один из дифракционных максимумов и коллимируется, например, линзовой системой. 20

При облучении зондирующим излучением движущихся объектов, которыми могут быть взвешенные микрочастицы, всегда имеющиеся в морской воде и атмосфере, упруго рассеянное ими излучение, как будет показано, приобретает временные пульсации, частота которых пропорциональна их скорости в поперечном относительно оси зондирующего пучка направлении. В процессе сканирования 30 полем приема трассы зондирования осуществляется последовательная регистрация этой частоты пульсаций, по ре-: ,зультатам которой определяют профиль сКоростей объектов, скоростей течений 5 в океане и воздушных потоков в атмо. сфере.

На чертеже дана схема устройства для реализации предлагаемого способа.gp

Устройство,.реализующее предлагаемый способ, работает, следующим образом.

Исходное лазерное излучение направляют на объектив 1, который формирует волну излучения, направляемую на дифракционную решетку 2. Диафрагма 3, установленная перед объективом

4, выделяет первый дифракционный максимум, а объектив 4 формирует параллельный пучок излучения . Поток излу- . чения, рассеянный движущимися объектами 8, поступает на приемную систему 5-6-7. Корреляционная функция фототока на выходе ФЭУ определяется рассеянием излучения на движущихся частицах и может быть представлена в виде

R(c) = 2аЛ(4Л вЂ” 4 ) ik о Nexp x х f -(U ) (4Л вЂ” g ) /8аЯЛ соз (1) где A — длина волны лазерного излучения, а — размер лазерного пучка, U - -скорость объектов, N — среднее число рассеивающих объектов, проходящих через область, из которой принимается рассеянное излучение,

Корреляционной функции (1) соответствует гауссовская форма спектра

S(g) = (2аЛ) (4Л - ) (V>

Nexp(-4(1 -,)1(!4) }, (2) сосредоточенная около частоты пульсаций 1, однозначно связанной со скоростью объектов (0 = U/Ë),Ь4 ширина спектра.

Таким образом по измеряемой частоте в реальном масштабе времени прн помощи несложного бортового вычислительного устройства можно определить скорость объекта.

Калибровка прибора (определение

Q) производится по известной скорости потока.

Вращением зеркала 5 сканируют по= ле приема регистратора 6-7 вдоль трассы зондирования, а рассеянное пересекающими трассу зондирования частицами 8 излучение фокусируют объективом 6.

Зная базу устройства, т.е кратчай шее расстояние от оси зондирующего пучка до оси вращающегося зеркала 5, и текущее значение угла поворота вращающегося зеркала 5, определяют мгновенное пространственное расположение

;зондируемого объекта 8, скорость которого в данный момент и измеряется.

Исследования показали, что при измерении скорости U относительную поДБ грешность -- обусловленную турбу-< ц Э лентностью среды, можно представить следующим .образом:

QU ц 9 р4 (— ) с(Я ) ()з +

Г2 L

U (3 г, 1435942 я

Ц - пй

+ — а 2 о где ((Snо)2 > (3) ctg g дисперсия флуктуаций показателя преломления и среды, радиус корреляции флуктуаций п, расстояние, пройденное в турбулентной среде, половина угла между пучками. б

Составитель С.Скуратов

ТехРед Л.Сердюкова Корректор Э.Лончакова

Редактор С.Пекарь

Заказ 5634/39 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

В предлагаемой схеме исключается вклад в погрешность измерения, связанный со вторым слагаемым в (3). При

I5 одинаковых параметрах сравниваемых схем в предлагаемой схеме выигрыш в точности измерения Ь Б/U определяется выражением

Формула изобретения

Способ измерения скорости движения рассеивающих объектов в прозрачных средах, включающий зондирование исследуемых объектов когерентным излучением., прием рассеянного излучения и выделение частоты его пульсаций, по которой определяют скорость объектов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения их информативности за счет создания возможности регистрации профиля скоростей объектов вдоль трассы зондирования, формируют один"зондирующий пучок путем облучения дифракционной решетки сферической волной когерентного излучения, выделения одного из дифракционных максимумов и последующего его коллимирования, а полем приема сканируют вдоль трассы зондирования.