Устройство для измерения скоростей частиц в потоке

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 978046(23) ПриоритетОпубликовано 30,1182, Бюллетень Мо 44Дата опубликования описания 30. 11,82 1) М. Кл,С 01 Р 3/36 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИ В ПОТОКЕОСТЕЙ ЧАСТ а.блок Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения бесконтактным способом скорости движения частиц в двухфазном потоке.Известно устройство для измерения скорости движения материальных тел, которое содержит источник света, сканатор с приводом и последовательно соединенные фотоприемник, усилитель, блок временной задержки, коррелятор, множитель, интегратор и регистратор 113.Известное устройство имеет большие погрешности измерения при малых скоростях движенияКроме того, при помощи такого устройства нельзя оперделить скорость движения частиц в потоке жидкости или газа, так как частицы имеют разброс скоростей и положение частиц в потоке постоянно изменяетсяНаиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик скорости, содержащий источник света, оптический сканатор с приводом, фотоприемник, усилитель, коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход Фотоприемника соеди- . нен с входом усилителя, а вы од коррелятора через экстремальный регулятор - с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования и первым входом коррелятор Кроме того, устройство содержит постоянной задержки, подключенный к усилителю 1.21.Недостатком известного устройства является невозможность определения дисперсии скоростей частиц в потоке.Цель изобретения - определение дисперсии скоростей частиц в потоке.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения скоростей частиц в потоке, содержащее источник света, оптический сканатор с приводом, Фотоприемник, усилитель, коррелятор, экстремальный регулятор и регистратор скорости сканирования, причем выход фотоприемника соединен с входом усилителя, а выход коррелятора через экстремальный регулятор - с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования и первым входом коррелятора, введены оптически сог 978046нарастания и спада электрическихимпульсов на выходе фотоприемникаб становятся круче, а продолжительчость импульсов уменьшается.При снижении относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоныи частиц вещества фронты нарастанияи спа- " электрических импульсов навыходе Фотоприемника 6 более пологие,а продолжительность единичных импульсов возрастает.При нулевой относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и движущихся частиц вещества электрический сигнал, соответствующий постоянному отраженному световому потоку имеет некоторую постоянную вечичину,Для рассмотрения характера завиСимости электрического сигнала на выходе усилителя 7 от относительной скоростивзаимоперемещения свнтовой эоны и частиц,примем случай синхнронного движения частиц в потоке или, что эквивалентно, движение иэображения, например ленты с рисками. График такой зависимости имеет вид ломаной 1 на г:фиг,2,Максимальная относительная скоростьвзаимоперемещения освещенной зоныи частиц транспортируемого материала будет при неподвижной освещеннойзоне, а величина ее равна скоростидвижения частиц. В этом случае, через дифференцирующее устройство 11проходит переменная составляющаяэлектрического сигнала с максимальной частотой и крутизной импульсов ласованный с сканатором и последовательно соединенные дифференцирующев устройство и узел блокировки, а также регистратор минимального значения напряжения, при этом дифференцирующее устройство подключе но к выходу усилителя, узел блокировки - к второму входу коррелятора, а регистратор минимального значения напряжения - к выходу коррелятора.На фиг 1 представлена принципи- .10 альная схема устройства для изменения скорости частиц в потоке, на Фиг. 2 - график зависимости частоты электрических импульсов от относительной скорости перемещения свето вого пучка и скорости частиц.Устройство для измерения скорости включает материалопровод 1 с прозрачным окном 2, коллимированный ис= точник 3 света и щелевую диафрагму р) 4, установленную между источником 3 света и сканирующим устройством 5 с приводом, Фотоприемник б, усилитель 7, коррелятор 8, экстремальный регулятор 9 и регистратор 10 скорости сканирования.Усилитель 7 снабжен дифференцируюшим устройством 11, выполненным в. виде узла с трансформаторной связью, В цепи дифференцирующего устройства 11 включен узел 12 блокировки обратного хода луча и начального сигнала от прямого хода луча сканирующего устройства 5. На выходе коррелятора установлен измерительный прибор 13 минимального значения напряжения. 35 ьых 1 с пр ЧотпЧс ц тс 3 к кск Ч0гдеОэы- напряжение на выходе усилителя 7, соответствующееэлектрическому сигналу смаксимальной частотой икрутизной импульсов с Фотоприемника 6;- относительная скоростьвзаимоперемещения освещенной зоны и частиц;скорость перемещения частиц;Чс 5 - скорость перемещения световой зоны сканирующимустройством 5.При увеличении скорости перемещения световой зоны относительная скорость взаимопересечения ее и частиц уменьшается У -Чч-Ч, при Ч О,При скорости перемещения световойзоны равной скорости перемещениячастиц, их относительная скоростьравна нулюОтн ч В,3 0 при ч с,зЧ =Ч 65 Устройство работает следующим образом.Узкий пучоксвета из щелевой.диафрагмы 4 попадает на сканирующее устройство 5, работающее в режиме пилообразной развертки, при котором прямое направление движения луча совпадает с направлением частиц в материалопроводе 1, При прямом дви жении щелевого пучка света в сечении материалопровода 1 образуются перемещающиеся узкие освещенные зоны.Каждая частица транспоритруемого материала, попадающая в освещенную зону дает отраженный световой импульс, который воспринимается фотоприемником 6 и преобразуется в пропорциональный электрический импульс на его выходе, Параметры отраженного светового и соответствующего ему электрического импульсов фронт нарастания и спада и продолжительность зависят от скорости взаимного пересечения освещенной зоны с частицами вещества, ко торая определяется относительной скоростью перемещения .последних.При возрастании относительной скорости взаимоперемещения освещенной зоны и частиц вещества фронтыСоответственно электрический сигнал, пропорциональный постоянному отраженному световому потоку, не имеет переменной составляющей и напряжение 0 ;на выходе усилителя 7 равно нулю)вых д =ОПри дальнейшем увеличении скорости перемещения световой зоны, превышающей скорость перемещения частиц, относительная скорость их взаимоперемещения будет монотонно возрастать, достигая максимального значения при Чс Э. = 2 ЧЧолн = Чс з -Чч = ЧчВ этом случае через дифференцирующее устройство 8 проходит переменная составляющая электрического сигнала с максимальной частотой, соответствующая крутизне импульсов с Фотоприемника 6Оеых з = "еых 1= "вых тсхТак как при транспортировании частиц материала в потоке носителя всегда имеет место разброс скоростей частиц, то график зависимости электрического сигнала на выходе усилителя 7 от относительной скорости взаЫмопересечения световой зоны и час"тиц имеет:вид кривой 2. фиг. 2) с четко выраженным минимумом в Оеы , абсцисса которой совпадает с нулевым значением графической ломаной 1при Чц с Ч . Где Чц р . средняя скорость перемещения частиц.Различное значение ординат при одинаковых значених абсцисс графических зависимостей 1 и 2 (Фиг. 2) связано с наличием отраженных световых и соответственно электрических импульсов на выходе фотоприемника 6, образуемых флуктуациями частиц, скорость которых отлична от средней ЧцАбсцисса минимального сигнала соответствует сРедней скорости движения частиц в потоке, а величина минимального сигнала характеризует дисперсию скоростей частиц в потоке воздуха. Сканирующее устройство 5 осуществляет развертку светового луча, прямое направление которого совпадает с направлением транспортирования материала.Видеосигнал, отраженный от частиц вещества, попадает на фотоприемник 6 и в виде пропорционального ему электрического сигнала - на усилитель 7, дифференцирующее устройство 11 которое пропускает только переменную составляющую этого сигнала, поступающего на вход коррелятора 8, Экстремальный регулятор 9 через привод сканирующего устройства 5 так управляет частотой развертки светового луча, чтобы сигнал на выходе коррелятора 8 был минимальным.Это соответствует синхроннойскорости перемещения освещенной зоныи средней скорости движения частиц5 в потоке, При изменении скоростидвижения частиц материала экстремальный регулятор 9 через привод сканирующего устройства 5 так изменяетскооость развертки светового луча,10 чтобы на выходе коррелятора 8 сохра-нился минимальный сигнал,Регистратор 10 скорости по скорости развертки светового луча сканирующим устройством 5 фиксирует15 среднюю скорость движения частицматеРиала в потоке (чр ), а повеличине минимального сйгнала, измеряемого прибором 13, определяютдисперсию скоростей частиц в двух 20 Фазном потоке ачьых пзтзгде К - коэффициент пропорциональности.Для того, чтобы исключить влияние25 электричес 1 жх импульсов на точностьопределения скорости частиц при обратном ходе светового луча сканирующего устройства 5, а также начального электрического импульса привходе луча в измерительную зону окна 2, узел 12 блокировки в цепи дифФеренцирующего устройства 11 отключает выходной канал усилителя 7 насоответствующий отрезок времени.Возможность определения среднейскорости частиц и дисперсии скоростей частиц в потоке жидкой или газовой среды обеспечивается путем создания перемещающейся освещенной зоны регистрации и выделения электрических импульсов, пропорциональныхчастоте отраженных световых импульсов при.взаимопересечении освещенной зоны с движущимися частицамиматериала.Формула изобретенияУстройство для измерения скоростей частиц в потоке, содержащееисточник света, оптический сканатор0 с приводом, фотоприемник, усилитель,коррелятор, экстремальный регулятори регистратор скорости сканирования,причем выход фотоприемника соединенс входом усилителя, а выход коррелятора через экстремальный регулятор -с входом привода оптического сканатора, выход которого соединен с регистратором скорости сканирования ипервым входом коррелятора, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с целью60 расширения фунКциональных возможнос-.тей путем измерения дисперсии скоростей частиц в потоке, в него введены оптически согласованный с сканатором и последовательно соедиЬ 5 ненные дифференцирующее устройствои узел блокировки, а также регистратор минимального эначенйя напряжения, при этом дифференцирующее устройство подключено к выходу усилителя, узел блокировки - к второмувходу коррелятора, а регистратор минимального значения напряжения - квыходу коррелятора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Коэубовский С.ф. Корреляционные экстремальные системы. Киев,"Наукова думка", 1973, с. 36.2. Авторское свидетельство СССРР 532816, кл,01 Р 3/36, 1975 прототип).978046 Фих. Ьаи г ас Редакт Вака ного нийушска Ф е ав ю а ю е+Проект Составитела ТехредИ.Н 207/60 Тираа 887 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, Ж, Ра ППП фПатентф, г. Уигород, ректор И, Ватрушкина Подписномитета СССРкрытийб., д. 4/5