Устройство для измерения поля скоростей потока частиц

союз сОВЕтскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУГПИК 2159 А с 11 с 0 01 Р 3/36, 5/О ГОСУДАРСТВЕННОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ ПАТЕНТНОЕ НИЯ(71) Московский институт электронного машиностроения и Московский авиационныйинститут(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПОЛЯ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА ЧАСТИЦ, содержащее источник когерентного излучения, оптически согласованный черезколлиматор, транспарант и обьектив с входом сканирующего Фотоприемника, блокформирования сигналов сканирования,механизм сканирования, связанный сосканирующим фотоприемником и подключенный к блоку формирования сигналовсканирования. последовательно соединенные блок вычисления спектра и блоквычисления плотности распределения, атакже блок регистрации параметров потока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения неоднородных турбулентных потоков, в него введены полевая диафрагма. элемент вращенияпространственного спектра. последовательно установленные на оптической оси затранспарантом, блок Формирования сигналов перемещения транспаранта. механизмперемещения транспаранта. связанный с транспарантом и подключенныи к блоку формирования сигналов перемещения транспаранта, блок Формирования сигналов установки размеров полевой диафрагмы, механизм уста 1+овки размеров полевой диафрагмы, связанный с полевой диафрагмой и подключенный к блоку формирования сигналов установки размеров полевой диафрагмы. блок формирования сигналов вращения пространственного спектра, механизм вращения пространственного спектра, связанный с элементом вращения пространственного спектра и подключенный к блоку формирования сигналов вращения пространственного спектра, преобразователь сигнала сканирования, подключенный своим входом к выходу сканирующего фотоприемника, а выходом к входу блока вычисления спектра, блок вычисления средней скорости и дисперсии, подключенный своим входом к выходу блока вычисления плотности распределения, блок программного управления, подключенный к входам блоков формирования сигналов перемещения транспаранта, установки размеров полевой диафрагмы. вращение пространственного спектра и сканирования, блок отображения поля скоростей потока частиц, подключенный к выходу блока регистрации параметров потока, подключенного своими входами к блокам формирования сигналов перемещения транспаранта. установки размеров полевой диафрагмы. вращения пространственного спектра и блоку вычисления средней скорости и дисперсии. 1 ил,Изобретение относится к измерительной технике и оптоэлектронике и может быть использовано в гидро- и газодинамике для определения полей скоростей турбулентных потоков светорассеивающих частиц.Целью изобретения является повышение точности измерения неоднородных турбулентных потоков. На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения поля скоростей потока частиц.Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси источник 1 когерентного освещения, коллиматор 2, транспарант 3, полевую диафрагму 4, элемент 5 вращения пространственного спектра, представляющего собой, например, призму Дове, объектив 6 и сканирующий фотоприемник 7, В качестве транспаранта может использоваться фотоизображение или голограмма. Элемент 5 вращения осуществляет поворот иэображения пространственного спектра в полости фотоприемника 7 вокруг оптической оси. Обьектив 6 служит для изменения масштаба пространственного спектра при использовании в качестве транспаранта 3 голограммь 1 или для преобразования Фурье изображения фото- транспаранта.Механизм 8 перемещения транспаранта связан с транспарантом 3 и управляется блоком 9 формирования сигналов перемещения транспаранта, Механизм 10 установки размеров полевой диафрагмы связан с долевой диафрагмой 4 и управляется блоком 11 формирования сигналов установки размеров полевой диафрагмы. Механизм 12 вращения пространственного спектра связан с элементом 5 и управляется блоком 13 формирования сигналов вращения пространственного спектра. Механизм 14 сканирования связан со сканирующим фотоприемником 7 и управляется блоком 15 формирования сигналов сканирования,На выходе сканирующего фотоприем.- ника 7 последовательно включены преобразователь 16 сигнала сканирования, блок 17 вычисления спектра, блок 18 вычисления плотности распределения. блок 19 вычисления средней скорости и дисперсии, Блок 20 регистрации параметров потока подключен к выходам блоков 9, 11, 13, 19 и к входублока 21 отображения поля скоростей, представляющего собой устройство печати, экран дисплея или графопостроитель, Синхронизацию работы блоков 9, 11, 13; 15 осуществляет подключенный к ним блок 22 программного управления, представляющего собой, например, блок цифрового программного управления на микропроцессоре.Рассмотрим работу устройства при анализе неоднородного турбулентного потока . 5 частиц, записанного на транспаранте 3 ваиде многоэкспозиционнаго изображения, При этом, исходя из требуемой детальности исследования, все поле изображения условно разбивается на определенное количество 10 квазиоднородных участков, в каждом из которых требуется определить параметры потока, например среднюю скорость, ее дисперсию и направление. Блок 22 управления выдает команды на начало работы блоку 15 9 формирования сигналов перемещениятранспаранта и блоку 11 формирования сигналов установки размеров полей диафрагмы, Блоки 9, 11 управляют работой соответственно механизма 8 перемещения 20 транспаранта и механизма 10 установкиразмеров полевой диафрагмы, Механизм 10 устанавливает размеры полевой диафрагмы в соответствии с размерами участка изображения, а механизм 8, перемещая транспарант 3, подводит к отверстию полевой. диафрагмы 4 первый участок поля изобра. жения. Транспарант 3 освещается когерентным светом от источника 1 освещения через коллиматор 2. Пучок света проходит 30 через транспарант 3, отверстие полевой диафрагмы 4, элемент 5 вращения пространственного спектра, объектив 6, осуществляющий преобразование Фурье, и.создает в плоскости сканирующего фото приемника 7 картину пространственногоспектра. После обработки механизмов 8, 10 блок 22 управления. выдает команду на начало работы блоку 15 формирования сигналов сканирования. Блок 15 управляет 40 механизмом 14 сканирования, благодарячему происходит сканирование и съем информации об интенсивности по одному направлению пространственного спектра сканирующим фотоприемником 7. с выхода которого сигнал сканирования поступает на преобразователь 16 сигнала сканирования. Последний позволяет осуществлять сглаживание, суммирование и другие преобразования сигнала сканирования. Блок 50 17 вычисления спектра производит спектральный анализ сигнала сканирования, поступающего с преобразователя 16. По результатам спектрального анализа в блоке 18 осуществляется вычисление плотно-55 сти распределения частиц по скоростям, покоторой в блоке 19 определяются средняя скорость потока частиц и ее дисперсия. В принципе, информация о плотности распределения является более полной, чем средняя скорость и дисперсия, и при необ1212159 СоставительТехред М,Моргент М. Кул Корр Реда кто Тираж Подписноественного комитета по изобретениями открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аз 567 ВНИИПИ Госуд зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ходимости вычисления в блоке 19 могут опускаться,Таким образом, после окончания сканирования в блок 20 регистрации параметровпотока поступает информация о скорости 5потока частиц отображенного в первом участке поля изображения, в одном направлении, определяемом положением элемента 5вращения пространственного спектра и направлением сканирования, которое предполагается неизменным.Далее блок 22 управления выдаеткоманду на начало работы блоку 13 формирования сигналов вращения пространственного спектра, который управляет 15соответствующим механизмом 12. Последний воздействует на элемент 5 вращенияпространственного спектра, благодаря чему происходит поворот изображения и, следовательно, картины пространственного 20спектра на определенный угол. Поэтомусканирование пространственного спектра,осуществляемое в следующем цикле, происходит по другому направлению. После проведения сканирования по ряду направлений осуществляется переход к следующему участку поля изображения, При этом вновь работают каналы перемещения транспаранта и установки размеров полевой диафрагмы. Для нового участка аналогично описанному выше производятся сканирования пространственного спектра в разных направлениях, затем осуществляется переход к следующему участку, и т.д.В блок 20 регистрации параметров потока поступает информация о величине средней скорости и дисперсии потока частиц (а в более общем случае - о плотности распределения частиц по скорости) в различных направлениях для каждого участка поля, Эта информация регистрируется блоком 21 отображения поля скоростей потока частиц в виде таблицы цифровых данных или условий картинки поля скоростей,