Интерференционный расходомер

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 972219

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-вт— (51) М. Кл.з (22) Заявлено 04.04.80 (2! ) 2905) 71/18-10

G 01 F 1/00 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гесударственнмй комитет

СССР (53) УДК 681.121 (088.8) Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 17.11.82 пв делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

И. А. Рокос (ЧССР) и Л. А. Рокосова

Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений -: —.(71) Заявитель (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫИ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расходов прозрачных потоков бесконтактным методом.

Известны оптические приборы для измерения скорости и расхода прозрачных потоков 11).

При неравномерной скорости и плотности потока по сечению измерительного канала точность измерения известными приборами не всегда бывает удовлетворительна.

Наиболее близок к предлагаемому расходомер для прозрачных потоков, позволяющий измерять непосредственно расход вещества при любом распределении скорости и плотности по сечению и содержащий источник линейно поляризованного излучения, полупрозрачное зеркало и два непрозрачных зеркала, образующих кольцевой интерферометр, измерительный канал прямоугольного сечения, расположенный на пути лучей кольцевого интерферометра, и приемное устройство, выполненное в виде последовательно расположенных четвертьволновой фазовой пластинки, анализатора, фотоприемника, усилителя и регистратора 12).

Известное устройство имеет недостаточную точность, вызванную искажениями состояния поляризации лучей на зеркалах и на иллюминаторах измерительного канала, а также низким отношением сигнал/шум из-за отсутствия модуляции лучей кольцевого интерферометра.

Цель изобретения — повышение точности измерения расхода.

Поставленная цель достигается тем, что в интерференционном расходомере, содержащем источник линейно поляризованного излучения, полупрозрачное зеркало и два непрозрачных зеркала, образующих кольцевой интерферометр, измерительный канал прямоугольного сечения, расположенный на пути лучей кольцевого интерферометра, и приемное устройство, выполненное в виде последовательно расположенных четвертьволновой фазовой пластинки, анализатора, фотоприемника, усилителя и регистратора, перед кольцевым интерферометром расположены электрооптический модулирующий кристалл и вторая четвертьволновая фазовая пластинка, азимут оптической оси которой равен

45, между непрозрачными зеркалами кольцевого интерферометра последовательно

972219 где А расположены кварцевые оптические активные пластинки, между которыми помещена третья фазовая пластинка с азимутом оптической оси равным 45, при этом измерительный канал расположен симметрично относительно плоскости полупрозрачного зеркала кольцевого интерферометра.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — ориентация оптических осей анизотропных элементов.

Интерференционный расходомер содержит источник 1 линейно поляризованного излучения, одно полупрозрачное зеркало 2 и два непрозрачных зеркала 3 и 4, образующие кольцевой интерферометр, измерительный канал 5 прямоугольного сечения, электрооптический модулирующий кристалл 6, кварцевые четвертьволновые фазовые пластинки 7 — 9, кварцевые оптически активные пластинки 10 и 11, поворачивающие плоскость поляризации проходящих лучей на угол равный 45, анализатор 12, фотоприемник 13, усилитель 14, настроенный на частоту модуляции, и регистратор 15.

Расходомер работает следующим образом.

При отсутствии напряжения на электрооптическом кристалле 6 в интерферометр входит линейно поляризованный луч, который полупрозрачным зеркалом 2 делится на два луча. Благодаря кварцевым пластинкам 10, 8, 11 на выходе появляются два циркулярно поляризованных луча с противоположным направлением вращения электрических векторов из-за нечетного количества зеркал в кольцевом интерферометре. При подключении модулирующего на пряжения на кристалл 6 в интерферометр входит благодаря четвертьволновой пластинке 7 линейно поляризованный луч с модулированным азимутом, а на выходе имеют место два эллиптически поляризованных луча с одинаковым азимутом оси эллипса равным 0 с одинаковой эллиптичностью и противоположным направлением вращения электрических векторов. В результате интерференции этих лучей образуется линейно поляризованный луч, волновая функция которого имеет вид:

cos (45 +E) з1п (45 +26-® е=А

sin (45 +E) cos (4S 26 — —

2,/

-амплитуда излучения источника;

8 =Е з!1пЛ. t — модулированный угол поворота плоскости поляризации после четвертьволновой пластинки 7;

Б — фазовое смещение, возникающее при каждом прохождении луча сквозь измерительный канал;

Л-фазовое смещение между ортогональными составляющими луча, который проходит по ча5

3S

55 совои стрелке, вызванное отражением от полупрозрачного зеркала 2.

Суммарный линейно поляризованный луч после прохождения сквозь четвертьволновую пластинку 9 становится эллиптически поляризованным с азимутом большой оси эллипса 0 . Интенсивность луча после анализатора 12 равна

Фг

1 — 1- з!г12ч sin (45-Ь)— — sI — s i cl (2 е circ it 1) (c irl 14 Й - ь1 — c i cc Я ф 1 1 где — отклонение анализатора от начального азимута (45 ) .

На выходе усилителя 14, настроенного

«а частоту модуляции Я (или на другую нечетную гармонику), сигнал равен нулю при повороте анализатора на угол ч = 28 — -ф-.

Угол !, который пропорционален расходу, регистрируется устройством !5. Измеряемая разность фаз 6 связана с расходом G вещества уравнением

4я . KG аЛ с,tg< где а — сторона прямоугольного сечения измерительного канала, которая перпендикулярна лучам; цг — угол между лучом и осью канала;

Y,= — удельная рефракция измеряемого вещества, которая практически не зависит от давления и температуры и остается постоянной при конденсации газа в жидкость.

Влияние искажений состояния поляризации лучей на зеркалах и при прохождении сквозь иллюминаторы измерительного канала исключено благодаря симметричному расположению канала относительно полупрозрачного зеркала, а также благодаря кварцевым оптически активным пластинкам

10 и 11, которые меняют местами ортогональные составляющие лучей, поляризованных в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Разность фаз Ь между составляющими лучом, который проходит в интерферометре по часовой стрелке и дважды отражается от полупрозрачного зеркала 2, приводит благодаря действию пластинок 10 и 11 к фазовому смещению между интерферирующими лучами, которое компенсируется поворотом анализатора 12 на угол вЂ,> — до начала изЬ мерений. На точность измерений и на пороговую чувствительность не влияет нестабильность рабочей точки модулирующего электрооптического кристалла 6 благодаря тому, что измеряемая и модулирующая величины не суммируются, а перемножаются.

Предлагаемый расходомер позволяет измерять расход потоков при неравномерном распределении скоростей и плотности потока по сечению потока и может найти применение при измерении прозрачных потоков в криогенной технике, химической промышлен972219 иг.

Составитель Н. Андреева

Редактор,Л. Пчелинская Техред И. Верес Корректор Н. Буряк

Заказ 7877/26 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ности, при исследовании плазменных потоков и т.д.

Формула изобретения

l. Интерференционныи расходомер, содержащий источник линейно поляризованного излучения, полупрозрачное зеркало и два непрозрачных зеркала, образующих кольцевой интерферометр, измерительный канал прямоугольного сечения, расположенный на пути лучей кольцевого интерферометра, и приемное устройство, выполненное в виде последовательно расположенных четвертьволновой фазовой пластинки, анализатора, фотоприемника, усилителя и регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед колцьцевым интерферометром расположены электрооптический модулирующий кристалл и вторая четвертьволновая фазовая пластинка, азимут оптической оси которой равен 45, между непрозрачными зеркалами кольцевого интерферометра последовательно расположены кварцевые оптически активные пластинки, между которыми помещена третья фазовая пластинка с азимутом оптической оси равным 45 .

2. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что измерительный канал расположен симметрично относительно плоскости полупрозрачного зеркала кольцевого интерфероо метра

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Метрология и измерительная техника.

>s М., ВИНИТИ, 1975, т. 3, с. 193 — 218.

2. Метрология в гидродинамических измерениях. Труды ВНИИФТРИ. M., 1974, вып. 14 (44), с. 73 (прототип).