Устройство для измерения скорости

 

вате lThg- : .;...,- .ес„,„ т

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22)Заявлено 13,08.73 (21) 1954652/18-10 (51)Я. Кд. с присоединением заявки М

GO1 P 3/36

Гкударстеевнье еаетет ссср аа делам иэабретеией и еткритей (23) Приоритет

Опубликовано05. 11.79. Бюллетень М 41

Дата опубликования описания 08. 11. 79 (53) УДК 531.776 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю. Г. Василенко и Ю. Н. Иубнншев

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения

AH СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЕРОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании параметров турбулентных потоков, например жидкостей.

Известное устройство для измерения скорости содержит источник когерентно5 го излучения (лазер), оптическую часть, фото приемник и э лектронно-из мер ительный блок. Оптическая часть содержит о последовательно установленные экранируюшую диафрагму, фокусируюший: объектив, диафрагмы, выделяющие сигнальные пучки, зеркало, полупрозрачную пластину н фотоцриемник с полевой диафрагмой.

При таком устройстве невозможно одно15 временное измерение ортогональных составляющих вектора скорости, низка светосила, а также невозможно определение знака составляющей вектора скорости.

С целью одновременного измерения модуля и знака двух ор то гон а льных компонент скорости и повышения точности предлагаемое устройство дополнительно содержит установленные последовательно приемный объектив и плоское зеркало, между которыми размещен модулятор, и перед фокусирующим объективом в ортогональных плоскостях установлены фотоприемники.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 .— векторная схема распространения лучей.

Оптическая часть устройства содержит лазер 1, фокусируюший объектив 2 и приемный объектив 3. Задняя фокальная плоскость объектива 2 и передняя фокальная плоскость объектива 3 совмещены. За объективом 3 расположены однополосный частотный модулятор 4, выполненный в виде вращающейся электрооптической четвертьволновой пластинки, через который проходит только прямой пучок, и зеркало 5, установленное перпендикулярно падающему пучку. Два фотоприемника 6 и 7 с полевыми диафрагмами 8 и 9 расположены в двух ортогональных плоскостях между лазером н фокусируюшим обьективом. Вы5081 ходы фотоприемников соединены с электронным блоком 10 измерения частоты.

Устройство работает следуюшим образом.

Излучение лазера с частотой LU фокусируется в исследуемую область. Частота рассеянного под некоторым углом света с учетом допплеровского сдвига (см. фиг. 2) равна 1О

О о+ (К 4 « (i) где Ч вЂ” вектор скорости;

К8 — волновой вектор рассеянного

81 пучка; 15

-ъ

К вЂ” волновой вектор падаюшего и пучка.

П)рямой и рассеянный пучки после прохождения объектива 3 отражаются зеркалом 5. При этом меняются направления волновых векторов. При отражении волновые векторы удобно рассматривать в виде суммы компонент по ортогональным осям Х и «J»

84 а х .51 .

Тогда (1) в общем виде можно записать как

w„=us v((„„-7„„„)

ЗО

После отражения компонента по оси Y меняет знак и (2) принимает вид щ„=ц) +м((к ы-К„„„)-Лг,„,-к„,„)1(3)

Вектор Ь „после отражения принимает направление вектора К „.

Прямой пучок до и после отражения проходит частотный модулятор и приобретает частотный сдвиг b,È . Объек- 40 тивом 3 отраженные пучки фокусируют-, ся в исследуемую область. Частота рассеянного от отраженного падаюшего пучка света равна ш =<ю +ашiv ((V „-)(„„)+

Поскольку объектив 3 является оборачи5Î ваюшей системой, волновые векторы 8 8 и К пространственно совмешаются и после выделения их полевой диафраг54 мой попадают на фотоприемник. Фото56 приемник выделяет разностную частоту рассеянных пучков

Иэ (4) следует, что разностная частота, выделяемая фотоприемником, пропорцио.нальна проекции векто")а скорости на

-ь разностный вектор К „„- К в

2Ч

Ш =да+ УИАЬМ)+ ЧХ (5)

Х

Для измерения второй ортогональной компоненты вектора скорости помешают второй фотоприемник с полевой диафрагмой в ортогональную плоскость и он выделяет разностную частоту рассеянных пучков в этой плоскости

2Ч 1 Ь(4-) 51П Ъ =ЬЮ+ Ч ЧХ (6) где - и т — коэффициенты, учитываюшие расстояние от полевой диафрагмы до оптической оси.

Угол р определяется аналогично углу с в плоскости М7 .

Вследствие двойного рассеяния пада- юшего и отраженного пучков устройство вдвое с ветос ильнее извес тных. На лич ие частотного сдвига,Ь Ю позволяет изме рить модуль и знак ортогональных компонент скорости .

Изменяя расстояния от полевых диафграм до оптической оси, можно плавно в широких пределах изменять коэффициенты, что позволяет расширить диапазон измеряемых скоростей и настроить, ся на определенный. размер рассеивателей.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости, содержашее лазер, фокусируюший объектив, фотоприемник и электронный блок измерения допплеровской частоты, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью одновременного измерения модуля изнака двух ортогональных компонент скорости и повышения точности, оно дополнительно содержит установленные последовательно приемный объектив и плоское зеркало, между которыми размешен модулятор, при.этом перед фокусируюшим объективом в ортогональных плоскостях установлены фотоприемники.

508156

Составитель Ю. Харламов

Редактор Т. Колодцова Техред М. Келемеш Корректор О. Ковинская

3аказ 6600/1 Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4