Лазерный доплеровский анемометр

 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовало для исследования потоков жидкостей и газов Целью изобретения является повышение точности . Излучение источника 1 с помощью устройства 2 ввода вводится в передающий световод 3 круглого сечения с симметричным распределением показателя преломтения. Затем излучение коллимируется линзой 4, проходит через согласующую линзу 5 и поступает на поляризационно-селективный амплитудный делитель 6 После деления появляются два пучка, фокусируемые линзой 7 в исследуемую точку потока, в которой образуется интерференционная картина. Рассеянный на движущихся в потоке частицах свет собирается объективом 8 на входном торце световода 9 и поступает, на фотоприемник 10, сигнал с которого направляется на электронный процессор 11, выделяющий доплеровский сигнал. В процессе работы анемометра из-за флуктуации температуры и неконтролируемых механических напряжений в световоде 3 изменяется состояние поляризации излучения поступающего на поляризационно-селек типный делитель 6. При этом соотношение между интенсивностями формируемых де литг-лсм зондирующих ПУЧКОВ изменяется, что приводит к изменению видности интерференционной картины Для устранения этого состояние поляризации излучения, поступившего нл делитель 6, контролируется с помощью детектора 12 Изменение состояния поляризации преобразуется им ь электрический сигнал, поступающий на вход логического устройства 13, которое вырабатывает сигнал для блока 14 коррекции, который воздействует на световод 3 до тех пор, пока поляризация света на входе делителя не вернется к оптимальному значению. 1 з п ф-лы, 3 ил. сл С о ел ю ю ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 Р 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4638735/10 (22) 16.01,89 (46) 30.05,91. Бюл. N 20 (71) Московский энергетический институт (72) Б.С. Ринкевичюс, А.В. Степанов и А.В.

Толкачев (53) 532,574(088.8) (56) Букхейв 0. и др, Лазерный волоконнооптический анемометр, — Сб. Вопросы терма- и лазерной анемометрии, M,: ИВТАН, 1985, с, 77-78. (54) ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ АНЕМ0МЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике v может быть использовано для исследования потоков жидкостей и газов.

Целью изобретения является повышение точности. Излучение источника 1 с помощью устройства 2 ввода вводится в передающий световод 3 круглого сечения с симметричным распределением показателя преломления. Затем излучение коллимируется линзой 4. проходит через согласующую линзу 5 и поступает на поляризационно-селективный амплитудный делитель 6. После деления появляются два пучка, фокусируемые линзой 7 в исследуемую точку потока, в которой образуется интерференционная

„„5U „„1652919 А1 картина. Рассеянный на движущихся в потоке частицах свет собирается объективом 8 на входном торце световода 9 и поступает на фотоприемник 10, сигнал с которого направляется на электронный процессор 11, выделяющий доплеровский сигнал, В процессе работы анемометра иэ-эа флуктуаций температуры и неконтролируемых механических напряжений в световоде 3 изменяется состояние поляризации излучения. поступающего на поляриэационно-селективный делитель 6, При этом соотношение между интенсивностями формируемых делителем зондирующих пучков изменяется, что приводит к изменению видности интерференционной картины; Для устранения этого состояние поляризации излучения, поступившего на делитель 6, контролируется с помощью детектора 12. Изменение состояния поляризации преобразуется им в электрический сигнал, поступающий на вход логического устройства 13, которое вырабатывает сигнал для блока 14 коррекции, который воздействует на световод 3 до тех пор, пока поляризация света на входе делителя не вернется к оптимальному значению.

1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1652919

20

30

40

50

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования скорости потоков жидкости и газов, Целью изобретения является увеличение точности измерений.

На фиг, 1 представлена схема лазерного доплеровского анемометра; на фиг. 2 показана схема осуществления оптической связи между поляризационно-селективным амплитудным делителем и детектором состояния поляризации; на фиг. 3 — пример выполнения блока корекции поляризации.

Лазерный доплеровский анемометр

, (фиг. 1) содержит источник 1 когерентного излучения, в качестве которого может быть

,использован газовый лазер, устройство 2 ввода лазерного излучения в передающий волоконный световод. 3, измерительный зонд, в состав xoToporo входит коллимирующая линза 4, согласующая линза 5, поляризационно-селективный амплитудный делитель 6, фокусирующая линза 7, приемный объектив 8, приемный многомодовый световод9, В состав анемометра входят также фотоприемник 10, процессор 11 gonneровского сигнала, детектор 12 состояния поляризации, логическое устройство 13 и блок 14 коррекции поляризации. Световод

3 выполнен с круглым сечением и с осесимметричным распределением показателя преломления.

Устройство детектора 12 поясняет фиг.

2. Сформированные делителем 6 зондирующие пучки 15 и 16 частично отражаются от поверхности фокусирующей линзы 7 и поступают на детектор, выполненный в виде двух фотоприемников 17 и 18, Сигналы фотоприемников 17 и 18, пропорциональные интенсивностям зондирующих пучков 15 и

16, поступают на вход логического устройства 13, выполненного в виде схемы вычитания амплитуд сигналов, Электрический сигнал с выхода логического устройства 13, пропорциональный разности интенсивностей зондирующих пучков, поступает на вход блока 14 коррекции поляризации, Блок 14 (фиг. 3) может быть выполнен в виде сервопривода 19, расположенного на основании 22 и механически связанного с передающим световодом 3, который образует витки 20 и 21 и жестко прикреплен к основанию 22 в точках 23 — 25. Сервопривод содержит штангу 26, систему переключателей 27, 28 и рукоятку 29.

Анемометр работает следующим образом.

Излучение источника 1 с помощью устройства 22 ввода вводится в передающий световод 3. Пройдя через световод 3, излучение коллимируется линзой 4 и, пройдя через линзу 5, служащую для согласования перетяжек зондирующих пучков с измерительной областью; поступает на делитель 6 пучка, формирующий два пучка, которые затем сводятся с помощью линзы 7, образуя при пересечении измерительную область. В измерительной области образуется интерференционная картина, видность которой зависит от соотношения интенсивностей зондирующих пучков и максимальна, когда эти интенсивности равны. Свет, рассеянный на частице потока при пересечении ею интерференционной картины в измерительной области, собирается с помощью объектива 8 на входном торце приемного световода 9 и поступает на фотоприемник

10. Сигнал фотоприемника 10 поступает на электронный процессор 11, выделяющий доплеровский сигнал.

B процессе работы анемометра из-за флуктуаций температуры и неконтролируемых механических напряжений в световоде изменяется состояние поляризаций излучения, поступающего на делитель 6. Поскольку делитель б является поляризационно-селективным, то при изменении поляризации падающего на него излучения изменяется соотношение между интенсивностями формируемых делителем зондирующих пучков, а следовательно, уменьшается видность интерференционной картины в измерительной области (этим свойством обладает большинство схем деления пучка, в частности все делители, содержащие полупрозрачный слой, неперпендикулярный к падающему пучку).

Для устранения этого эффекта состояние поляризации излучения, поступившего в делитель 6, контролируется с помощью детектора 12. Изменение состояния поляризации преобразуется им в электрический сигнал, поступающий на вход логического устройства 13, которое вырабатывает сигнал для блока 14 коррекции. Блок 14 коррекции механически воздействует на световод 3 до тех пор, пока поляризация света на входе делителя не вернется к оптимальному значени ю.

При этом для варианта, представленного на фиг. 3, при работе сервопривода штанга 26, перемещаясь, поворачивает виток 21 относительно оси, проходящей через гочки

24 и 26. Иэ-за появления в световоде 3 механических напряжений и наведенного ими двойного лучепреломления происходит изменение состояния поляризации излучения, распространяюще ося по световоду до тех пор, пока интенсивности зондирующих пучков не станут равными. При этом видность интерференционной картины в измеритель1652919 ной области достигает максимального значения, что обеспечивает максимальное отношение сигнала к шуму на выходе электронного процессора доплеровского сигнала. 5

В блоке 14 предусмотрена система переключателей для изменения направления движения штанги 26 при достижении ею крайнего положения, а также предварительная ручная установка поляризации иэлуче- 10, ния, которая осуществляется поворотом витка 20 с помощью рукоятки 29 вокруг оси, проходящей через точки закрепления световодов 23 и 24.

Формула изобретения

1. Лазерный доплеровский анемометр, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные источник когерентного излучения, устройство ввода 20 излучения, передающий волоконный световод круглого сечения, коллимирующую линзу, поляризационно-селективный амплитудный делитель, фокусирующую линзу, приемный объектив, приемный све- 25 уовод и фотоприемник, подключенный выходом к процессору, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно содержит детектор состояния поляризации, логическое устройство и блок коррекции состояния поляризации, при этом вход детектора состояния поляризации связан с выходом поляризационно-селективного амплитудного делителя, а выход — через логическое устройство с управляющим входом блока корекции состояния поляризации, причем передающий волоконный световод выполнен с осесимметричным распределением показателя преломления.

2. Анемометр поп. 1, отл ичающий с я тем, что детектор состояния поляризации выполнен в виде двух фотоприемников, оптически согласованных с поверхностью фокусирующей линзы, логическое устройство — e виде схемы вычитания, а блок коррекции состояния поляризации — в виде сервопривода,механически связанного с передающим волоконным световодом.

1652919

Составитель Ю, Власов

Редактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор Â, Гирняк

Заказ 1770 Тираж 351 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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