Лазерный анемометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 РЗ/ 1)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) АТЕНТН ОПИСАНК АВТОРСКОМ Е И ИЗОБ ВИДЕТЕЛЬСТВУ 2(57) Использование: измерениепотоков жидкостей и газов.изобретения; устройство содеследовательно расположенные лае- координатный дефлектор. фокусв- оптическую систему, приемную ой систему, фотоприемный трат, коо- двухканальный блок обработкиВыходы блока обработки подклюравляющим входам дефлектораформирования управляющих сигход которого соединен с управлядом коммутатора, 2 з,п, ф-лы, 1 ил н .Н., Ме доплер селекци ора ско 3-49. 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 йодключен 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 1(71) Институт теплофиэики СО АН(56) Белоусов П.ЯДубнищев )Один В;Г., Павлов В.А, Лазерныйский анемометр с временнойортогональных компонент вектсти. - Автометрия, 1988, М 2, с. 4Авторское свидетельство СССМ 1345120, кл. 0 01 Р 3/36, 1987. скорости Сущность ржит позер, двухирующую птичес кую ммутатор, сигналов, чены к упи входам налов, выющим вхопериодов в пространственной структуре измерительного объема.Известен также лазерный анемометр, й содержащий лазер, дефлектор, фокусирующую оптическую систему, приемную оптическую систему, фотоприемный тракт, к а которому последовательно подсоединены формирователь импульсов, периодометр, 0 р блок памяти и блок сравнения, выход которого подключен к управляющему входу дефлектора. Действие прибора основано на формировании зондирующего оптического 6 д поля путем развертки сфокусированного лу- М ча 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 всямощность излучения лазера Недостатокданного устройства состоит в невозможности измерения второй компоненты вектораскорости,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, чтолазерный анемометр, содержащий последовательно расположенные лазер, дефлектор, фокусирующую оптическую систему, 10приемнуюоптичесфо систему, фотоприемный тракт, блок обработ 1 Ф сигнала, подключенные к дефлектору,дополнительносодержит коммутатор и формирователь управляющих сигналов, при этом блок обработки сигнала выполнен двухканальным идефлектор - двухкоординатным, причем выход фотоприемного тракта через коммутатор подключен ко входам блока обработкисигнала, выходы которого через формирователь управляющих сигналов соединены суправляющим входом коммутатора. Крометого, каждый канал блока обработки сигнала содержит последовательно соединенныепериодомер, блок памяти и блок сравнения,а формирователь уйравляющих сигналоввыполнен в виде двух формирователейстроб-импульсов, выходы которых черезэлемент ИЛИ подключен к ийтегратору,30На чертеже представлена схема лазерного анемометра:Анемометр содержит последовательнорасположенные лазер 1, дефлектор 2, фокусирующую оптическую систему, состоящую 35из объективов 3 и 4, приемную оптическуюсистему, содержащую объектив 5, фотоприемник 6 с полевой диафрагмой 7. К выходуфотоприемника последовательно подключены формирователь импульсов 8 и коммутатар 9, К выходам коммутатораподключены два идентичных блока обработки сигналов. Первый блок обработки содер-жит последовательно расйоложенные",,периодомер 1 О, блок памяти 11, блок сравнения 12, Соответственновторой блок обработки содержит периодомер 13, блокпамяти 14 и блок сравнения 15. Выходысхем сравнения 12 и 15 подключены к ортогональным входам дефлектора 2. Индикаторы отображения измеряемой скорости 16 й17 подсоедины.к выходам периодомеров 10и 13, Стробирующие входы индикаторов 16и 17 йодключенй сЬответственна к выходамсхем сравнения 12 и 15, Выходы схем сравнения через формирователи строб-импульсов 18 и 19 подсоединены ко входамлогической схемы ИЛЙ 20, выход которойчерез 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 сопряженной зондирующему полю, Как только частица, движущаяся в потоке, попадает в пробный объем, ее изображение в рассеянном свете проектируется объективом 5 на фотоприемник 6 с полевой диафрагмой 7, Подключенныйк 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 Тп+1, и, между одноименными фронтами и-го и и+1-го импульсов, Результат записывается в блок паМяти 14, в котором хранятся также РаНЕЕ ЗаНЕСЕННЫЕ ЗНаЧЕНИЯ ИНтЕРВаЛа Тп, имежду и-м и.п-м импульсами. Если модуль раЗНОСтИ ВРЕМЕННЫХ ИНтЕрВаЛОВ Тп+1, п И Тп, пне 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 Х-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 строб- импульсы 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 й-го строб-импульса, то из определения частоты Найквиста для регу1789932 20 лярной выборки можно записать очевидноеусловие-2 Ев,0йгде 0 - число частиц, пересекающих измерительный объем эа секунду;Г - верхняя граница полосы частотпульсаций скорости,На практике частицы распределены впотоке случайным образом; Поскольку дискретизация процесса производится случайным потоком частиц, выборка информациине регулярная, а случайная. Поэтому оценкай следует из условия-баевОБОтсюда для Й имеем формула изобретения1. 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 щ и й с я тем. что. с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно содержит коммутатор и формирователь управляющих сигналов, при этом блок обработкисигнала выполнен двухканальным; а дефлектор - двухкоординатным, причем выход фотоприемного. тракта через коммутзтор подключен к вхбдам блока обработки сигнала, выходы которого через йО/баев.При поступлении сигнала с выхода интегратора коммутатор 9 переводит состояние измерительной схемы на определение 5 У-компоненты скорости. При этом сигнал свыхода схемы сравнения 12 поступает на ортогональный вход дефлектора, запуская ждущую пространственную развертку лазерного пучка по оси У. После завершения 10 цикла измерения У-о компоненты вектораскорости коммутатор снова переключает измерительные каналы, Начинается измерение Х-компоненты скорости, и процесс повторяется. Частота коммутации адаптив но связана с пространственным распределением рассеивающих частиц в потоке и динамикой исследуемого процесса. формирователь управляющих сигналов соединены с управляющим входом коммутато ра2.Анемометрпоп,1, отл ичающийс 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 а ющ и й с я тем, что формирователь управляющих сигналов выполнен в виде двух фор мирователей строб-импульсов, выходыкоторых через элемент ИЛИ подключены к интегратору.Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5