Способ измерения показателя преломления жидкости и газа в турбулентных потоках

Номер патента: 1626855

Авторы: Мартиросов, Мищенко, Петухов, Ринкевичюс

ZIP архив

Текст

г тСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА В ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКАХ(57) Изобретение относится к интерференционнойрефрактометрии и может быть использовано при(1) 01 21 45 измерениях показателей преломления турбупизованных потоков жидкости и газа Целью изобретения является повышение достоверности измерения показателя преломления жидкости и газа в турбупизованных потоках Это достигается путем допол - нительного осуществления калибровки системы монохроматического света и регистрации усредненных положений ахроматической полосы после прекращения компенсационных воздействий на системы белого и монохроматического света 1 ил.Изобретение относится к интерференционной рефрактометрии и может быть использовано при измерениях показателей преломления турбулизованных потоков жидкости и газа.Цель изобретения - повышение точности измерений показателя преломления жидкости и газа в турбулизованных потоках.На чертеже представлена функциональная схема рефрактометра, реализующего способ измерения показателя преломления жидкости и газа в турбулентных потоках.Способ осуществляется следующим образом, До начала измерения формируют две интерференционные картины: одну в моно- хроматическом сеете и другую в белом (путем сведения двух лучей белого света), При этом обеспечивают возможность взаимосвязанных изменений порядка интерференции в обеих интерференционных картинах.Так. в частности, при монотонном нарастающем характере изменений порядка интерФеренции в интерференционной картине белого света обеспечивают пропорциональное монотонное нарастающее изменение порядка интерференции в интерференционной картине монохроматического света.В отсутствие исследуемого потока осуществляют настройку путем смещения ахроматической полосы в интерференционной картине белого света в среднее положение (например, в центр поля наблюдения), которое в дальнейшем принимается за нулевое положение ахроматической полосы и запоминается, Нулевое положение может задаваться также с использованием реперной интерференционной картины белого света.Перед началом измерений также формируют и запоминают зону калибровки размеров 1,6 А с центром в точке нулевого положения ахроматической полосы,Положение ахроматической полосы винтерференционной картине белого свега регистрируется периодически (с периодом Т 6) в условиях принудительного изменения порядка интерференции в диапазоне 2 А в интерференционной картине белого света по периодическому закону (с периодом То), Изменения порядка интерференции в интерференционной картине монохроматического света регистрируются также периодически (с периодом Тм) в условиях принудительного порядка интерференции в интерференционной картине монохромати ческого света по периодическому закону (спериодом Т,),При этом дробная часть порядка интерференции может изменяться по методу временных интервалов, а целая часть порядка интерференции может регистпироваться по методу суммо-разностного счета,Собственно измерения показателя преломления осуществляются после формиро вания исследуемого потока, Для этого одиниэ белых лучей. образующих интерференционную картину пропускают через исследуемый поток, При этом ахроматическая полоса уходит из поля наблюдения в ин терференционной картине белого света. Вэтот момент Фиксируют значение изменения порядка интерференции в интерференционной картине монохроматического света Йн, и после этого инициируют допол нительное изменение порядка интерференции в интерференционной картине белого света, направленное на смещение ахроматической полосы в область нулевого положения. Одновременно происходит про порциональное принудительное изменениепорядка интерференции в интерференционной картине монохроматического света и регистрация этих монотонных изменений.Дополнительные и периодические измене ния порядка интерференции в данном случае происходят одновременно. По мере возрастания величины дополнительного изменения порядка интерференции в интерференционной картине белого света ЗО ахроматическая полоса смещается в направлении своего нулевого положения и через определенное время вновь появляется в поле наблюдения При первом соответстви. положения ахромагической полосы в З 5 зоне калибровки размером 1,6 А) это положение ахромэти л;ской полосы фиксируется, А 1, и одновременно регистрируется соответствующее ему значение изменения порядка интерференции в интерференци О пнной картине монохрома,ического светаМ 1, Далее на следующем периоде сигнала принудительного изменения порядка интерференции в интерференционной картине белого света фиксируют второе 45 положение ахроматической полосы А 2 и соответствующее ему значение изменения порядка интерференции М 2, При прохождении нулевого ппложения ахроматической полосы прекращают дополнительные изменения 50 порядка интерференции в инерференционной картине белого света (подобная ситуация, в частности, может реализоваться при фиксации второго положения ахроматической полосы А 2), Скорость принудительных 55 изменений порядка интерференции в интерференционной картине белого света Чб следует выбирать такой, чтобы ее значение, по крайней мере на заключительной стадии измерений, не превышало значенияЧь0,8 АТб.йр=йк йн Т 100 а/с,(2) После прекращения дополнительных изменений порядка интерференции в интерференционной картине белого света регистрируют и здпоминают значение изменения порядка интерференции в интерференционной картине монохромэтического света 1 ч, по значениям Йи М, рассчитывают (и запоминают) результирующее значение изменений порядкэ интерференции в монохроматическом свете после чего переходят к определению усредненного положения ахроматической полосы в интерференционной картине белого света. Необходимость подобной операции связана с тем, что из-за влияния турбулентных пульсаций показателя преломления нэ пути распространения светового пучка, проходящего через исследуемый поток, ахроматическая полоса в интерференционной картине белого света испытывает случайные смещения, частотный спектр которых определяется величиной внешнего масштаба а турбулентности потока и величиной скорости с потока. Чтобы исключить влияние случайных процессов флуктуаций показателей преломления, усредняют результат регистрации положения ахроматической полосы за время Т много больше времени пересечения светового луча йаиболее крупными неоднородностями (размером а). а именно где а - величина внешнего масштаба турбулентности потока;с - скорость потока,Рефрактометр, реализующий описанный способ измерения, состоит из интерферометра 1 белого света, включающего оптически связанные между собой источник 2 коллимировэнного белого света, два светоделителя 3 и 4, два зеркала 5 и 6. камеру (трубу) 7 с исследуемым потоком, вакуумированную камеру 8, компенсатор 9, фотопреобрэзовэтель 10, модулятор 11, генератор 12 периодического сигнала и блок 13 регистрации положения ахроматической полосы. Интерферометр 1 построен по классической схеме интерферометра Рождественского, при этом компенсатор 0 и модулятор 11 можно установить в любом его плече, Генератор 12 одним выходом связан с модулятором 11, а другим - . с первым входом блока 13, второй вход которого подключен к выходу фотопреобрэзовэтеля 10. Кроме того, рефлектометр содержит интерферометр 14 монохроматического света,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 включающий оптически снчзднные мг кду собой лазер 15, двэ свегоделителя 16 и 17, два зеркала 18 и 19, фотопреобрдзпвдтель 20, модулятор 21, генератор 22 периодического сигнала и блок 23 регистрации изменений порядка интерференции в монохроматическом свете. Этот интерферометр также построен по схеме Рождественского, при этом модулятор 21 можно установить в любом из двух его плеч, Генератор 22 одним выходом связан с модулятором 21, в другим - с первым входом блока 23, второй вход которого подключен к выходу фотопреобрэзователя 20. Рефрактометр содержит также средства 24 компенсации, состоящие из первого элемента 25 компенсации, установленного в плече интерферометра 1, связанном с вакуумированной камерой 8, второго элеменТа 26 компенсации, установленного в одном из плеч интерферометра 14, и блок 27 управления элементами 25 и 26 компенсации. Наконец, рефрактометр содержит микроЭВМ, связанную двумя информационными входами с выходами блоков 13 и 23, а управляющим выходом - с входом блока 27, Элементы компенсации можно выполнить, например, в виде плоскопараллельной стеклянной пластины или кювет с контрольным газом,Рефрактометр работает следующим образом,Источник 2 белого света интерферометра 1 формирует с помощью светоделителя 3 и зеркала 5 деа луча белого света, один из которых проходит через камеру 7 с исследуемым потоком, а другой - через вакуумированную камеру 8, Прошедшие камеры 7 и 8 световые лучи собираются светоделителем 4 и зеркалом 6 с образованием интерференционной картины в белом свете, регистрирующейся фотопреобразователем 10,Компенсатор 9 используется для предварительнойй настройки, предусматривающей смещение ахроматической полосы в интерференционной картине белого света в нулевое положение, которое фиксируется блоком 13 и запоминается в средствах памяти микроЭВМ 28. Модулятор 11 и генератор 12 обеспечивают периодическое изменение порядка интерференции в интерференционной картине белого света с амплитудой 2 А (порядков интерференции), В процессе измерений блок 13 периодически (с периодом Тб) определяет положение ахроматической полосы относительно нулевого положения.Лазер 15 интерферометра 14 формирует с помощью светоделителя 16 и зеркала 18 два монохроматических лучка света. которые в дальнейшем сводятся светоделителем40 45 50 55 17 и зеркалом 19 с образованием интерференционной картины монохроматического света, регистрируемой фотопреобраэователем 20, Модулятор 21 и генератор 22 используются для периодических(с периодом Т. который, в частном случае. может быть равен периоду Тб и синфазен с ним) изменений порядка интерференции в интерференционной картине белого света. В процессе измерений блок 23 периодически измеряет изменения порядка интерференции.Первоначально, в отсутствие потока, камера 7 вакуумируется (неглубокий вакуум), после чего с использованием компенсатора 9 ахроматическая полоса смещается в нулевое положение, запоминающееся с помощью средств памяти микроЭВМ 28. Далее рассчитывается эона калибровки и информация о ней запоминается в средстеах памяти микро Э ВМ 28.После этого блок 23 измеряет значение изменения порядка интерференции йр и оно также запоминается в средствах памяти микроЭВМ 28. Затем через посредство мик- роЭВМ 28 и блока 27 инициируют начало принудительных и нарастающих изменений 1 орядка интерференции в интерференционных картинах белого и монохроматического света (с использованием элементов 25 и 26 компенсации). В результате воздействия элемента 25 компенсации ахроматическая полоса появляется в поле наблюдения и попадает в зону калибровки размером 1,6 А, При этом микроЭВМ инициирует первую фиксацию положения ахроматической полосы А 1 в интерференционной картине белого света и соответствующего значения М 1, изменения порядка интерференции в интерференционной картине монохроматического света (значения А 1 и М 1 запоминаются в средствах памяти микроЭВМ). Далее скажем, на следующем периоде Ть, микроЭВМ 28 инициирует повторное определение положения А 2 ахроматической полосы и соответствующего значения изменения порядка интерференции М 2 (эти значения также эа поминаются в средствах памяти микро- ЭВМ). Если при дальнейшем регистраци 1. блок 13 определяет факт прохождения ахроматической полосы через ее нулевое положение, микроЭВМ дает на блок 27 средств 24 компенсации команду, направленнуяг на прекращение принудительных мойотонных изменений порядка интерференции в интерференционной картине белого света. Определение значений А 1 А 2 й 1, Й 2 позволяет, по существу, определить характер соответствия между изменениями порядков интерференции в интерференционных кар 5 10 15 20 25 30 35 тинах белого и монохроматического света (, . количественно осуществить калибровку и определить значение соответствующего коэффициента пропорциональности, что позволяет сводить все измерения к регистрации изменений порядка интерференции в монохроматическом свете). После прекращения принудительных монотонных изменений порядка интерференции блок 23 регистрирует значение интерференции Гчх в интерференционной картине монохроматического света, после чего микроЭВМ 28 рассчитывает результирующее значение изменения порядка интерференции в моно- хроматическом свете Йр по соотношению (1),На заключительном этапе блок 13 эа предварительное заданное время регистоирует М и положение ахроматической полосы, При выполнении условия (2) число регистраций М оказывается, как правило, больше 100. Все регистрируемые значения положения ахроматической полосы Ав запоминаются в средствах памяти микроЭВМ 28, а по истечении времени Т микроЭВМ 28 рассчитывает усредненное положение А,р ахроматической полосы по соотношениюв=НА .=; А/М (3)в=1По завершении всех предварительных расчетов определяют результирующее значение показателя преломления по соотно- шению И -И и = 1 + И +АЛЛ. р сР А -А2 1 где и - показатель преломления;Л - длина волны монохроматического излучения;(. - величина измерительной базы интерферометра при измерениях в монохроматическом свете,При дополнительном изменении порядка интерференции в интерференционной картине белого света фактическое поле наолюдения ахроматической полосы составляет порядка 2 А порядков интерференции ,. ли +А о 1 носительно центра в точке нулевого положения), Таким образом, даже в том случае, когда текущее положение ахроматической полосы отстоит от нулевого положения на величину порядка А (порядков интерференции), оно уже может быть зафиксировано блоком 13. Однако для обеспечения надежной регистрации именно самой ахроматической полосы (а не других положений, связанных с локальными максимумами сигнала фототока) в условиях сильных10 1626855 фазовых флуктуаций, свдэанных с турбулентными пульсациями показателя преломления, размер зоны калибровки выбран несколько меньшим - 1,6 А или 0 8 А относительно центра в точке нулевого положе ния.Способ измерения позволяет приблизительноо на порядок повысить точность и достоверность измерений показателями преломления в турбулентных потоках жид кости и газа и на этой основе повысить каменений порядка интерференции в монохроматическом свете значения показателя,преломления, отличающийся тем, что, сцелью повышения достоверности измерений, в процессе дополнительного изменения порядка интерференции приположении ахроматической полосы в диа-пазоне, равном 1,6 А, последовательнофиксируют и запоминают по крайней мередва положения А 1 и А 2 ахроматической полосы в этом диапазоне и соответствующие25 им значения изменения порядка интерференции й 1 и М 2 в монохроматическом свете, после прекращения дополнительныхизменений порядка интерференции в белом и монохроматическом свете определя 30 ют усредненное положение Асрахроматической полосы за время Т, определяемое соотношениемТ 100 а/с,где а - величина внешнего масштабатурбулентности потока;с - скорость потока,и определяют результирующее значение показателя преломления п по соотно 40 шению 45 Формула изобретения СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ Г ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА В ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКАХ, заключающийся в формировании интерференцион" ной картины иэ двух лучей белого света, предварительной установке ахроматической полосы интерференционной картины в отсутствии исследуемого потока в нулевое положение и запоминании этого положения, пропускании через сформированный исследуемый поток одного из лучей белого света, периодическом изменении порядка интерференции на величину 2 А в интерференционной картине белого света, формировании интерференционной картины в монохроматическом свете, дополнительном изменении порядка интерференции в интерференционной картине белого света и пропорциональном ему изменении порядка интерференции в интерференционной картине монохроматического света, фиксации положений ахроматической полосы в интерференционной картине белого света относительно нулевого положения, регистрации изменений порядка интерференции Мр в интерференционной картине монохроматического света после прекращения дополнительных изменений порядка интерференции и определении по результатам фиксации положения ахроматической полосы и регистрации йзчество исследования аэро- и гидродинамических свойств потоков жидкости и газа, а также качество расходометрического контроля порций подводимых к энергетическим объектам жидких и газообразных веществ.(56) Коломийцов Ю,Н, Интерферометры. Л.: Машиностроение, 1976. с.65,К пбег О/, Аотощат сп 1 ег 1 егоглетегз итп с 119 Иа геабоцт аког геФгастоаетис ала 1 уээ. АррИед ОрОсэ, 1968, ч.7, ЬЬ 2, р.341. и =1+ Ир+Аср А 1/42 - 41 где А - длина волны монохроматического излучения;- величина измерительной базы при измерениях в монохроматическом свете.

Смотреть

Заявка

4688587/25, 05.04.1989

Мищенко Ю. В, Петухов В. Г, Мартиросов И. М, Ринкевичюс Б. С

МПК / Метки

МПК: G01N 21/45

Метки: газа, жидкости, показателя, потоках, преломления, турбулентных

Опубликовано: 30.05.1994

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1626855-sposob-izmereniya-pokazatelya-prelomleniya-zhidkosti-i-gaza-v-turbulentnykh-potokakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ измерения показателя преломления жидкости и газа в турбулентных потоках</a>

Похожие патенты