Оптико-волоконный термоанемометр

% О 1 01 Р 5/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ(57) Иэобреттельной технпользованожидкостей иявляется поИзлучение отческий развв волоконныедине светово е отно ится к измериет быть исия скоростей ью изобретения стродействия.5 через оптинаправляется2 и 3. В сере ен чувствиике и мож для измерен азов. Цел ышение бы источника твитель 4 световоды а 2 выполиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ ОСА(56) Патент США Р 4621929, к43, 1986. тельный элемент 1 в виде участкас повышенными оптическими потерями.Световая мощность частично поглощается этим участком и нагревает его.При помещении чувствительного элемента 1 в поток величина световоймощности, пропускаемой световодом 2изменяется в зависимости от скорости потока, а световая мощность, пропускаемая световодом 3,. остаетсябез изменения. Разность световыхсигналов, регистрируемых фотоприемниками 6, 7, несет информацию о величине скорости потока и выделяетсядифференциальным усилителем 8. С помощью блока сравнения 9, источникаопорных напряжений 11 и связи выхода блока сравнения 9 с источникомизлучения .5 реализуется схема термоанемометра постоянной температуры.Величина скорости потока регистрируется регистратором 10, включеннымв цепь обратной связи. 3 ил,Э 150817Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в газодинамических и аэродинамических исследованиях.5Цель изобретения - повышениебыстродействия,На фиг.1 представлена блок-схемапредлагаемого термоанемометра; нафиг.2 и 3 - различные варианты исполнения источника излучения.Оптико-волоконный термоанемометрсодержит чувствительный элемент 1,выполненный в виде локального участка волоконного световода 2 с повышеннными оптическими потерями (при этомчувствительный элемент 1 расположенв центральной части волоконного световода 2) и волоконный световод 3,являющийся опорным. Входные концы 20световодов 2 и 3 связаны через оптический разветвитель 4 с источником 5излучения, выходные концы световодов2, 3 соединены соответственно с фотоприемниками 6 и 7. Последние соединены с входами дифференциального усилителя 8, подключенного к первомувходу блока 9 сравнения, выход которого соединен с регистратором 10 иисточником 5 излучения, при этом второй вход блока 9 сравнения соединенс регулируемым источником 11 опорного напряжения (фиг.1). Источник5 излучения составлен из усилителя12 мощности (Фиг.2), соединенного с 35лазерным излучающим диодом 13, приэтом вход усилителя 12 мощностисвязан с выходом схе,.л 9 сравненияи регистратором 10, а лазерный излучающий диод 13 связан с оптическим 40разветвителем 4, Или источник 5 излучения может быть выполнен в виделазерного излучающего диода 13, соединенного с входом оптического модулятора 14 (фиг.4), при этом выход 45оптического модулятора 14 связан соптическим разветвителем 4, а управляющий вход оптического модулятора14 соединен с выходом блока 9 сравнения и регистратором 10, 50 При изготовлении чувствительного элемента в центральной части волоконного световода 2 диаметром 5- 10 мкм и длиною несколько сантиметров 55 освобождают локальный участок свето- вода длиною примерно 0,1"3 мм от защитной пластмассовой оболочки и создают на полученном участке оптические неоднородности, вызывающие ослабление световой мощности иа 30-40 Б,Они могут быть вызваны, например,микроиэгибом локального участка волоконного световода или легированиематомов примеси в локальный участоксветовода. Так, изгибы световодов,начиная с радиусов КК ц г(п ++ п) /а (г- радиус световода;и , п - показатели преломления световедущей жилы и ее оболочки; счисловая апертура световода), приводятк очень большому затуханию, При необходимости участок световода, содержащий чувствительный элемент, удлиняютв обе стороны через оптические разъемы е Оптико-волоконный термоанемометрработает следующим образом.Источник 5 излучения генерируетсветовую мощность 2 Р в области инфракрасного спектра (Фиг.1). Световаямощность разделяется оптическим разветвителем 4 пополам и поступает вволоконные световоды 2 и 3, В волоконном световоде 2 часть световоймощности Р рассеивается на неодносродностях чувствительного элемента1, вызывая его нагрев, а другаячасть световой мощности Рц измеряется Фотоприемником 6. В волоконном световоде 3 световая мощность Рот источника излучения проходитпрактически без потерь) и регистрируется фотоприемником 7 как Р,опорная мощность) . Разность световых мощностей К Р = Р- Р, поступающих на фотоприемники 6 и 7,характеризует температуру чувствительного элемента 1, которая пропорциональна выходному сигналу дифференциального усилителя 8. Сигнал свыхода дифференциального усилителя8 сравнивается по величине блоком 9сравнения с опорным напряжением Пкоторое устанавливается при помощиблока 11 опорного напряжения. Выход"ной сигнал блока 9 сравнения управляет мощностью источника излучениятаким образом, чтобы температурачувствительного элемента 1 й; следовательно, величина сигнала на выходедифференциального усилителя 8 поддерживались постоянными. Необходимаятемпература нагрева чувствительногоэлемента устанавливается при помощиблока 11 опорного напряжения путем5 150817 установки необходимой величины опорного напряжения.При помещении чувствительного элемента 1 н исследуемый поток чувствительный элемент, омываемый потоком,5 изменяет величину мощности Р на выходе световода 2 вследствие тепло- отдачи. При этом на выходе дифференциального усилителя 8 возникает сиг нал, пропорциональный мощности 1 РРо - Р , отданаемой чувствительным элементом в поток и зависящий от скорости потока. 0 6на опорный снетовод 3 (например, в соотношении 1:1000). Формула изобретения Оптико-волоконный термоанемойетр,содержащий источник излучения, светоделитель, два фотоприемника, пергный волоконный световод, термочувствительный элемент, оптически согласованный через волоконный световодс источником излучения и перным фотоприемником, и регистратор, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия, в неговведены второй волоконный световод,оптически согласованный через светоделитель с источником света и вторымфотоприемником, дифференциальныйусилитель, блок сравнения и источникопорного напряжения, при этом термочувстнительный элемент выполнен ввиде локального участка одного изсветоводов с повышенным содержаниемоптических неоднородностей, выходыфотоприемников подключены к.входамдифференциального усилителя, соединенного выходом с первым входом блокасравнения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом источника излучения ирегистратором,М 15 Изменение сигнала ЬР на выходе дифференциального усилителя 8 вызывает сигнал рассогласования на выходе блока 9 сравнения, который изменяет мощность излучения источника 5 таким об разом, чтобы температура чувствительного элемента 1,а следовательно, сигнал Ь Р на выходе диФференциального усилителя 8 поддерживались постоянными. Величина сигнала на выходе блока 9 25 сравнения, соответствующая скорости потока, регистрируется регистратором 10. Лля повышения КПД излучателя термо.30 анемометра коэффициент деления оптического разветвителя может быть выбран произвольным в сторону уменьшения световой мощности, отнетвляемой И,2 Сос тани тель И. ВласовРедактор М.Келемеш Техред М.Моргентал Корректор М,Самборская Подписноеениям и открыткая наб., д. Заказ 5536/48 тираж 789ВНИИПИ Государственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш КНТ С ям5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,