Лазерный анемометр

 

Использование: измерение скорости потоков жидкостей и газов. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно расположенные лазер, двухкоординатный дефлектор, фокусирующую оптическую систему, приемную оптическую систему, фотоприемный тракт, коммутатор, двухканальный блок обработки сигналов. Выходы блока обработки подключены к управляющим входам дефлектора и входам формирования управляющих сигналов, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (51)5 G 01 Р 3/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4867838/10 (22) 21.09.90 (46) 23,01.93. Бюл. Ц 3 (71) Институт теплофиэики СО АН СССР (72) l0.H;Äóáíèùåâ и В.Г,Меледин (56) Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г., Павлов В.А, Лазерный доплеровский анемометр с временной селекцией ортогональных компонент вектора скорости.— Автометрия. 1988, N- 2, с. 43-49. . Авторское свидетельство СССР

М 1345120, кл. G 01 Р 3/36, 1987.

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потоков жйдкостей и газов в научных экспериментах, а также в промышленных технолбгиях, связанных с необходимостью бесконтактного контроля параметров механического движения.

Известен лазерный анемометр. содержащий лазер, оптическую систему формирования оптического поля, фотоприемное устройство, коммутатор, два измерительных канала и формирователь управляющих сигналов, причем выход фотоприемного канала подключен к измерительным каналам через коммутатор, а формирователь управляющих сигналов подключен своим выходом к управляющему входу коммутатора.

Недостаток этого устройства состоит в том, что плотность мощности лазерного излучения, приходящаяся в зондирующем поле на один пространственный период не превышает отношения полной мощности к числу

5U 1789932 А1

2 (54) ЛАЗЕРНЫЙ АНЕМОМЕТР (57) Использование: измерение скорости потоков жидкостей и газов. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно расположенные лазер, двухкоординатный дефлектор. фокусирующую оптическую систему, приемную оптическую систему, фотоприемный тракт, коммутатор, двухканальный блок обработки сигналов.

Выходы блока обработки подключены к управляющим входам дефлектора и входам формирования управляющих сигналов, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. периодов в пространственной структуре измерительного объема.

Известен также лазерный анемометр, содержащий лазер, дефлектор, фокусирующую оптическую систему, приемную оптическую систему, фотоприемный тракт, к которому последовательно подсоединены формирователь импульсов, периодометр, блок памяти и блок сравнения, выход которого подключен к управляющему входу дефлектора. Действие прибора основано на формировании зондирующего оптического поля путем развертки сфокусированного луча в последовательный ряд позиций с заданным известным раСстоянием между ними.

Измеряется временный интервал, за который частица пересекает известное расстояние между последовательными позициями.

Отличительной особенностью этого измерителя является высокая энергетическая эффективность, поскольку на формирование каждой пространственной позиции зондирующего светового пучка используется вся

1789932 мощность излучения лазера.. Недостаток данного устройства состоит в невозможности измерения второй компоненты вектора скорости.

Цель изобретения — расширение функ- 5 циональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что лазерный анемометр, содержащий последовательно расположенные лазер, дефлектор, фокусирующую оптическую систему, приемную оптическую систему, фотоприемный тракт, блок обработ1Ф сигнала, подключенные к дефлектору, дополнительно содержит коммутатор и формирователь управляющих сигналов, при этом блок обра- 15 ботки сигнала выполнен двухканальным и дефлектор — двухкоординатным, причем выход фотоприемного тракта через коммутатор подключен ко входам блока обработки сигнала, выходы которого через формирова- 20 тель управляющих сигналов соединены с управляющим входом коммутатора. Кроме того, каждый канал блока обработки сигнала содержит последовательно соединенные периодомер, блок памяти и блок сравнения, а формирователь уйравляющих сигналов выполнен в виде двух формирователей.. строб-импульсов, выходы которых через элемент ИЛИ подключен к ийтегратору, 30

На чертеже представлена схема лазерного анемометра.

Анемометр содержит последовательно расположенные лазер 1, дефлектор 2, фокусирующую оптическую систему, состоящую 35 из объективов 3 и 4, приемную оптическую систему, содержащую объектив 5, фотоприемник 6 с полевой диафрагмой 7. К выходу фотоприемника последовательно подключены формирователь импульсов 8 и комму- 40 татар 9, К выходам коммутатора подключены два идентичных блока обработки сигналов. Первый блок обработки содер- жит последовательно расйоложенные", .периодомер 10, блок памяти 11, блок срав- 45 нения 12, Соответственно второй блок обработки содержит периодомер 1 3, блок памяти 14 и блок сравнения 15. Выходы схем сравнения 12 и 15 подключены к ортогональным входам дефлектора 2. Индикато- 50 ры отображения измеряемой скорости 16 и

17 подсоедины.к выходам периодомеров 10 и 13. Стробирующие входы индикаторов 16 и 17 йодключенИ сЬответственна к выходам схем сравнения 12 и 15, Выходы схем срав- 55 нения через формирователи строб-импульсов 18 и 19 подсоединены ко входам логической схемы ИЛЙ 20, выход которой через интегратор 21 подключен к управляющему входу коммутатора 9.

Лазерный анемометр работает следующим образом, Излучение лазера 1, прошедшее через дефлектор 2, объективами 3 и 4 направляется в исследуемую область потока, где формируется зондирующее поле, размер которого определяется апертурой объектива 4 и длиной световой волны. Фотоприемник находится в плоскости, оптически сап ря жен ной зон ди рующему пол ю. Ка к только частица. движущаяся в потоке, попадает в пробный объем, ее изображение в рассеянном свете проектируется объективом 5 на фотоприемник 6 с полевой диафрагмой 7, Подключенный к выходу фотоприемника усилитель-формирователь 8 производит электрический сигнал в стандартных логических уровнях, Сигнал через коммутатор 9 (в состоянии, показанном на чертеже) поступает на периодомер 13, Периодомер измеряет временный интервал Т +1, и, между одноименными фронтами и-го и и+1-ro импульсов, Результат записывается в блок паМяти 14, в котором хранятся также ранее занесенные значения интервала Т, >-1 между и-1-м и.п-м импульсами. Если модуль разности временных интервалов Tn+1, и и Tn, n-1 не превышает наперед заданной величины, блок сравнения 15 подает команду на дефлектор 2, который приводит зондирующее поле в следующую равноотстоящую позицию, после чего описанный цикл работы повторяется, Повышение заданной разности означает, что один из этих временных интервалов сформирован ложным сигналом (например, от другой частицы). В этом случае система возвращается в исходное состояние, Индикатор 16 служит для отображения измеряемой X-компойенты скорости, Индикатор отображает измеренное значение только после поступления разрешающего сигнала с выхода схемы сравнения. Величина скорости определяется как отношение известного расстояния между позициями по оси Х к измеренному усредненному временному интервалу, за который частица перемещается между соседними позициями, Импульсы с выхода схемы сравнения 15 преобразуются формирователем 18 в стробимпульсы заданной формы и длительности.

После прохождения логического элемента

ИЛИ 20 строб-импульсы поступают в интегратор 21, задающий верхний предел частот коммутации, определяемый к наибольшей частотой измеряемых пульсаций скорости потока. Например, если интегратор формирует управляющий сигнал после поступления каждого N-ro строб-импульса, то из определения частоты Найквиста для регу!

789932

20 лярной выборки можно записать очевидное условие — + 2Fe, 0

N где 0 — число частиц, пересекающих измерительный объем эа секунду;

F> — верхняя граница полосы частот пульсаций скорости.

На практике частицы распределены в потоке случайным образом; Поскольку дискретизация процесса производится случайным потоком частиц, выборка информации не регулярная, а случайная. Поэтому оценка

N следует из условия — + баев.

N

Отсюда для N имеем

Формула изобретения ..1. Лазерный анемометр, содержащий последовательно расположенные лазер, дефлектор, фокусирующую оптическую систему, приемную оптическую систему, фотоприемный тракт, блок обработки сигнала, подключенный к дефлектору. о т л и ч аю шийся тем. Что. с целью расширения функциональных возможностей. дополнительно содержит коммутатор и формирователь управляющих сигналов. при этом блок обработки сигнала выполнен двухканальным; а дефлектор — двухкоординатным, причем выход фотоприемного. тракта через коммутзтор подключен к входам блока обработки сигнала, выходы которого через

N 0/6Fa.

При поступлении сигнала с выхода интегратора коммутатор 9 переводит состояние измерительной схемы на определение

5 Y-компоненты скорости. При этом сигнал с выхода схемы сравнения 12 поступает на ортогональный вход дефлектора, запуская ждущую пространственную развертку лазерного пучка bio ocu Y. После завершения

1О цикла измерения Y-o компоненты вектора скорости коммутатор снова переключает измерительные каналы. Начинается измерение Х-компоненты скорости, и процесс повторяется. Частота коммутации адаптив15 но связана с пространственным распределением рассеивающих частиц в потоке и динамикой исследуемого процесса. формирователь управляющих сигналов соединены с управляющим входом коммутато25 ра.

2.Анемометр пои. 1, отл ича ю щи йс я тем, что каждый канал блока обработки сигнала содержит последовательно соединенные периодомер. блок памяти и блок

ЗО сравнения.

3. Анемометр по пп, 1 и 2, о т л и ч à ещ и и сятем,,что формирователь управляющих сигналов выполнен в виде двух фор35 мирователей строб-импульсов, выходы которых через элемент ИЛИ подключены к интегратору.

1789932

Составитель В.И вай ников

Техред М,Моргентал - Корректор С,Пекарь

Редактор Т.Шагова

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

Заказ 347 Тираж Подйисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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