Оптико-волоконный термоанемометр

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей жидкостей и газов. Целью изобретения является повышение быстродействия. Излучение от источника 5 через оптический разветвитель 4 направляется в волоконные световоды 2 и 3. В середине световода 2 выполнен чувствительный элемент 1 в виде участка с повышенными оптическими потерями. Световая мощность частично поглощается этим участком и нагревает его. При помещении чувствительного элемента 1 в поток величина световой мощности, пропускаемой световодом 2, изменяется в зависимости от скорости потока, а световая мощность, пропускаемая световодом 3, остается без изменения. Разность световых сигналов, регистрируемых фотоприемниками 6, 7, несет информацию о величине скорости потока и выделяется дифференциальным усилителем 8. С помощью блока сравнения 9, источника опорных напряжений 11 и связи выхода блока сравнения 9 с источником излучения 5 реализуется схема термоанемометра постоянной температуры. Величина скорости потока регистрируется регистратором 10, включенным в цепь обратной связи. 3 ил.

А1

СОез СОВЕТСКИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК (1% (И) g y С 01 Р 5/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ CCCP

1 (21) 4276967/24-10 (22) 06,07.87 (46) 15.09.89. Бюл. У 34 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) B.K.Åâäîêèìîâ, Д.В.Погодин, P.À.Ãàÿíîâ, А,А.Бормусов, Г.А.Глебов и А.П.Козлов (53) 532.574 (088.8) (56) Патент COLA Р 4621929, кл. 37443, 1986. (54) ОПТИКО-ВОЛОКОННЫЙ ТЕРМОАНИ10

МЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей жидкостей и газов. Целью изобретения является повышение быстродействия.

Излучение от источника 5 через опти.ческий разветвитель 4 направляется в волоконные световоды 2 и 3. В середине световода 2 выполнен чувстви2 тельный элемент 1 в виде участка с повышенными оптическими потерями.

Световая мощность частично поглощается этим участком и нагревает его, При помещении чувствительного элемента 1 в поток величина световой мощности, пропускаемой световодом 2 изменяется в зависимости от скорости потока, а световая мощность, пропускаемая световодом 3,, остается без изменения. Разность световых сигналов, регистрируемых фотоприемниками 6, 7, несет информацию о величине скорости потока и выделяется дифференциальным усилителем 8. С по-. мощью блока сравнения 9, источника опорных напряжений ll и связи выхода блока сравнения 9 с источником излучения 5 реализуется схема термоанемометра постоянной температуры.

Величина скорости потока регистрируется регистратором 10, включенным в цепь обратной связи. 3 ил.

3 150817

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в газодинамических и аэродинамических исследованиях.

Цель изобретения — повышение быстродействия, На фиг.l представлена блок-схема предлагаемого термоанемометра; на фиг.2 и 3 — различные варианты исполнения источника излучения.

Оптико-волоконный термоанемометр содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде локального участка волоконного световода 2 с повышен- )5 ными оптическими потерями (при этом чувствительный элемент 1 расположен в центральной части волоконного световода 2) и волоконный световод 3, являющийся опорным. Входные концы световодов 2 и 3 связаны через оптический разветвитель 4 с источником 5 излучения, выходные концы световодов

2, 3 соединены соответственно с фотоприемниками 6 и 7. Последние соедине- 25 ны с входами дифференциального усилителя 8, подключенного к первому входу блока 9 сравнения, выход которого соединен с регистратором 10 и источником 5 излучения, при этом вто- 30 рой вход блока 9 сравнения соединен с регулируемым источником )1 опорного напряжения (фиг.l). Источник

5 излучения составлен из усилителя

12 мощности (фиг.2), соединенного с 35 лазерным излучающим диодом 13, при этом вход усилителя 12 мощности связан с выходом схе..ы 9 сравнения и регистратором 10, а лазерный излучающий диод 13 связан с оптическим 40 разветвителем 4. Или источник 5 излучения может быть выполнен в виде лазерного излучающего диода 13, соединенного с входом оптического модулятора 14 (фиг.4), при этом выход 45 оптического модулятора )4 связан с оптическим разветвителем 4, а управляющий вход оптического модулятора

)4 соединен с выходом блока 9 сравнения и регистратором 10, 50

При изготовлении чувствительного элемента в центральной части волоконного световода 2 диаметром 510 и длиною несколько сантиметров 55 освобождают локальный участок световода длиною примерно 0,)-3 мм от защитной пластмассовой оболочки и создают на полученном участке оптические неоднородности, вызывающие ослабление световой мощности иа 30-40 Б, Они могут быть вызваны, например, микроиэгибом локального участка волоконного световода или легированием атомов примеси в локальный участок световода. Так, изгибы световодов, начиная с радиусов К К „ц г(пс +

+ n„) /а (г- радиус световода;

n, n„ — показатели преломления световедущей жилы и ее оболочки; O числовая апертура световода), приводят к очень больному затуханию. При необходимости участок световода, содержащий чувствительный элемент, удлиняют в обе стороны через оптические разъемы е

Оптико-волоконный термоанемометр работает следующим образом.

Источник 5 излучения генерирует световую мощность 2Р в области инфракрасного спектра (фиг.l). Световая мощность разделяется оптическим разветвителем 4 пополам и поступает в волоконные световоды 2 и 3. В волоконном световоде 2 часть световой мощности P рассеивается на неоднос родностях чувствительного элемента

1, вызывая его нагрев, а другая часть световой мощности Ри измеряется фотоприемником 6. В волоконном световоде 3 световая мощность Р от источника излучения проходит (практически без потерь) и регистрируется фотоприемником 7 как Р, опорная мощность) . Разность световых мощностей ) Р = Р„ — Р„, поступающих на фотоприемники 6 и 7, характеризует температуру. чувствительного элемента 1, которая пропорциональна выходному сигналу дифференциального усилителя 8. Сигнал с выхода дифференциального усилителя

8 сравнивается по величине блоком 9 сравнения с опорным напряжением )) „ 1 которое устанавливается при помощи блока 11 опорного напряжения. Выходной сигнал блока 9 сравнения управляет мощностью источника излучения таким образом, чтобы температура чувствительного элемента 1 й, следовательно, величина сигнала на выходе дифференциального усилителя 8 поддерживались постоянными. Необходимая температура нагрева чувствительного элемента устанавливается при помощи блока II опорного напряжения путем

70 6 на опорный снетовод 3 (например, в, соотношении 1: 1000) .

Ф о р м ул а и s о б р е т е н и я

Сос тани тель И. Власов

Редактор М.Келемеш Техред M.Моргентал Корректор И.Самборская

Заказ 5536/48 Тираж 789 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 15081 установки необходимой величины опорного напряжения.

При помещении чувствительного элемента 1 н исследуемый поток чувствительный элемент, омываемый потоком, 5 изменяет величину мощности Р„на выходе световода 2 вследствие теплоотдачи. При этом на выходе дифференциального усилителя 8 возникает сиг- 10 нал, пропорциональный мощности Д Р

Р „ - Р„, отданаемой чувствительным элементом в поток и зависящий от скорости потока.

Изменение сигнала ДР на выходе дифференциального усилителя 8 вызывает сигнал рассогласования на выходе блока 9 сравнения, который изменяет мощность излучения источника 5 таким о6- 20 разом, чтобы температура чувствительного элемента ), a следовательно, сигнал

Д Р на выходе дифференциального усилителя 8 поддерживались постоянными.

Величина сигнала на выходе блока 9 25 сравнения, соответствующая. скорости потока, регистрируется регистратором

10.

Лля повышения КПД излучателя термо30 анемометра коэффициент деления оптического разветвителя может быть выбран произвольным в сторону уменьшения световой мощности, отнетвляемой

Оптико-нолоконный термоанемоме тр, содержащий источник излучения, светоделитель, два фотоприемника, перный волоконный световод, термочувствительный элемент, оптически согласованный через волоконный световод с источником излучения и перным фотоприемником, и регистратор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй волоконный световод, оптически согласованный через светоделитель с источником света и вторым фотоприемником, дифференциальный усилитель, блок сравнения и источник опорного напряжения, при этом термочувстнительный элемент выполнен в виде локального участка одного из световодов с повышенным содержанием оптических неоднородностей, выходы фотоприемников подключены к.входам дифференциального усилителя, соединенного выходом с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом источника излучения и регистратором.