Устройство формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя скорости и расхода

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования зондирующих пучков в лазерном доплеровском измерителе скорости и расхода. Целью изобретения является повышение точности измерения скорости и расхода за счет уменьшения систематической погрешности, связанной с неопределенностью угла пересечения зондирующих Пучков. Для того, чтобы угол а пересечения зондирующих пучков получить заданным в исследуемом потоке (или на исследуемом движущемся обьекте), расщепитель 2 выполняют в виде оптического моноблока, состоящего из двух четырехгранных призм 3 и 4 с двугранными углами (5между выходными гранями и плоскостью, параллельной основанию призмы 3, равными д arc sin sin a/2/(1-2n + n2)1/2, где п - показатель преломления материала призм. 1 з.п ф-лы, 1 ил сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>si>s G 01 P 3/36, 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4657520/10 (22) 05.12.88 (46) 07,06.91. Бюл. М 21 (71) Московский энергетический институт (72) Ю.Б.Заславский, С.Ю.Проскурнев, Ю.Д.Каминский, Б,С.Ринкевичюс, В.И,Смирнов и Е.Л.Федянина (53) 532.574 (088.8) (56) Клочков В.П. и др. Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия. — Киев.: Наукова Думка. 1985, с. 99. рис, 581. (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЗОНДИРУЮЩИХ ПУЧКОВ ЛАЗЕРНОГО ДОПЛЕРОВСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ СКОРОСТИ

И РАСХОДА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования зондирующих пучков в лаИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя скорости и расхода повышенной точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости и расхода эа счет уменьшения систематической погрешности, связанной с неопределенностью угла пересечения а зондирующих пучков.

На чертеже представлена схема устройства формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя с«орости и расхода.

Устройство выполнено в виде фокусирующей линзы 1 и расщелителя 2 пучка, уста,,5U„„1654754 А1 зерном доплеровском измерителе скорости и расхода. Целью изобретения является повышение точности измерения скорости и расхода за счет уменьшения систематической погрешности, связанной с неопределенностью угла пересечения зондирующих пучков. Для того. чтобы угол а пересечения зондирующих пучков получить заданным в исследуемом потоке (или на исследуемом движущемся объекте). расщепитель 2 выполняют в виде оптического моноблока, состоящего иэ двух четырехгранных призм 3 и

4 с двугран ными углами д между выходными гранями и плоскостью, параллельной основанию призмы 3, равными д - arc sin (sin a/2/(1-2п cosa/2 + и ) ), где и— показатель преломления материала призм. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

) новленного за линзой, причем расщепитель

2 выполнен в виде оптического моноблока, состоящего из двух четырехгранных призм

Э и 4 с двумя параллельными гранями каждая. Призмы 3 и 4 соединены таким образом. что основанием призмы 4 и первой параллельной гранью призмы 3 образована светоделительная поверхность 5. Фокусирующая линза 1 оптически согласована с расщепителем 2 через основание призмы 3 и параллельными и выходными гранями обеих призм 3 и 4. Причем двугранные углы между выходными гранями четырехгранных призм 3 и 4 и плоскостью, параллельной основанию призмы 3, равны д- агс si (s1 — /(1-2п cos — + п ) 1, (1)

2 2

1654754 где и — показатель преломления материала призм;

a — угол пересечения зондирующих пучков.

Параллельная грань четырехгранной призмы 3 расщепителя 2 составляет угол

450 с основанием этой призм.

Математическое соотношение(1) позволяет для любого заданного угла а получить угол д, обеспечивающий получение данного угла сведения зондирующих пучков, и наоборот- по углу д рассчитать угол а сведения пучков, Это позволяет уменьшить систематическую погрешность, связанную с неопределенностью угла пересечения зондирующих пучков.

Математическое соотношение (1) получают из следующих уравнений. Из закона преломления следует

sin г/sin I = n (2) или г= агс sin (n sin i), (3) где r — угол преломления;

I — угол падения пучка на выходную грань призмы.

Поскольку = д и r = a/2 + д (4) иМеют д = are з!и (n sIn д) — а/2 (5)

Отсюда

sin д = sin (агс sin (n . з!и д) — а/2) (6) или

sin д= n ° sin д cos а/2 — (1 — и х

x sin д) ° sin a/2 (7)

Отсюда

sin д . (1 — n cos a/2) = (1 — п х х з!пг д) . sin а/2 (8) или з!и д= sin а/2/(1 — 2n cos а/2+ пг х х cosг а/2+ n sin а/2) (9)

Из уравнения (9) вытекает математическое соотношение (1).

Устройство работает следующим образом.

Направляют на фокусирующую линзу 1 лазерный луч, который, проходя через расщепитель 2, формирует измерительный объем в исследуемой области потока в виде

5 зоны пересечения двух лучей. Причем угол а пересечения зондирующих лучей получается строго заданным, что позволяет достичь поставленной цели.

Формула изобретения

10 1. Устройство формирования зондирующих пучков лазерного доплеровского измерителя скорости и расхода, содержащее расщепитель пучка и фокусирующую линзу, причем расщепитель пучка выполнен в виде

15 оптического моноблока, состоящего иэ двух четырехгранных призм, каждая из которых включает в себя основание, две параллельные грани и одну выходную грань, при этом основание второй призмы сопряжено с пер20 вой параллельной гранью первой призмы, образуя светоделительную поверхность, а фокусирующая линза оптически согласована через основание первой призмы с параллельными и выходными гранями обеих

25 четырехгранных призм, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения скорости и расхода эа счет уменьшения систематической. погрешности, связанной с неопределенностью угла а пересече30 ния зондирующих пучков, двугранные углы д между выходными гранями четырехгранных призм и плоскостью. параллельной основанию первой призмы. составляют величину

35 д = агс sin (sin — /(1 — 2n cos — + n ) ), а а г i/г

2 2 где n — показатель преломления материала призм, а фокусирующая линза уставлена на входе

40 расщепителя.

2, Устройство по п.1; о т л и ч а ю щ е ес я тем, что параллельная грань первой четырехгранной призмы расщепителя составляет угол 45 с основанием этой призмы.

1654754

Составитель Ю.Власов

Техред М.Моргентал Корректор M.Шароши

Редактор И.Шулла

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

Заказ 1948 Тираж 359 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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