Устройство для определения разрешающей способности измерительных преобразователей

(НИЯ ОПИ ИЗОБ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ а СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(53) 532.517.2:533.6.011(088.8) (56) 1. Власов Ю.Н. Разработка оптико-визуального метода и образцовых средств измерений характеристик турбулентности. Диссертация ВНИИФТРИ, 1975, с. 120-158.2. Авторское свидетельство СССР 9 938059, кл. 0 01 М 9/00 р 0 01 М 10/00, 1979 (прототип). (54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее источник цилиндрических неоднородностей плотности расположенных ортогонально потоку, генератор импульсов тока, соединенный выходом с входом источника цилиндрических неоднородностей плотности, теневой прибор с оптической осью, ортогональной направлению потока и источнику цилиндрических неоднородностей плоскости, фотоэлектронный умножитель, фотокатод которого установлен в плоскости формирования теневого изображения теневого прибора, фотомаску с прорезью, выполненную с возможностью углового перемещения вокруг оси, совпадающей с оптической осью теневого прибора, и установленную перед фотокатодом фотоэлектронного умножителя привод фотомаски, усилитель, соединенный с выходом фотоэлектронного умножителя, управляемый источник опорных напряжений, пороговое устро ство, первый вход которого подключе к выходу усилителя, а второй - к уп равляемому источнику опорных напряжений, блок управления, выход которого соединен с приводом фотомски и через линию задержки с управляемым входом генератора импульсов тока, и преобразователь аналог в . код, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью повышения точности и упрощения устройства, в него введены привод и датчик положения измерительного преобразователя,при этом привод со динен с выходом блока управления, в ход датчика положения - с преобразо вателем аналог - код и входом управ ляемого источника опорных напряжени а прорезь в фотомаске выполнена в виде архимедовой спирали с монотонн меняющейся шириной, перекрытой непо вижным экраном с прямоугольной диафрагмой, расположенной вдоль радиус фотомаски.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что источник цилиндрических неоднородностей плот ности выполнен в виде металлической нити, расположенной в потоке.Изобретение относится к гидрогазодинамическим испытаниям и может быть использовано для определения разрешающей способности измерительных преобразователей температуры, давления, скорости и т.п. 5Известно устройство, в котором в потоке жидкости создают цилиндрические неоднородности плотности с помощью лазера и прослеживают их движение в окрестности измерительного пре 1 О образователя 13.Недостатком данного устройства является невысокая точность определения разрешающей способности измерительных преобразователей, 15Известно устройство для определения разрешающей способности измерительных преобразователей, содержащее источник цилиндрических неоднороднос-. тей плотности, расположенных ортогонально потоку, генератор импульсов тока, соединенный выходом с входом источника цилиндрических неоднородностей плотности, теневой прибор с оптической осью, ортогональной направлению потока и источнику цилиндрических неоднородностей плотности, Фотоэлектронный умножитель, фотокатод которого установлен в плоскости Формирования теневого иэображения теневого прибора, фотомаску с про- ЗО резью, выполненную с возможностью углового перемещения вокруг оси, совпадающей с оптической осью теневого прибора и установленную перед фото- катодом фотоэлектронного умножителя, 35 привод фотомаски, усилитель, соединенный с выходом фотоэлектронного умножителя, управляемый источник опорных напряжений, пороговое устройство, первый вход которого подклю 4 О чен к выходу усилителя, а второй - к управляемому источнику опорных напряжений, блок управления,выход которого соединен с приводом фотомаски и через линию задержки - с управляемым входом генератора импульсов тока, и преобразователь аналог - код. В качестве источника цилиндрических неоднородностей плотности используется лазер на неодиме, луч которого прерывается диском с отверстиями раз личного диаметра.1 Устанавливая в устройстве перед выходом лазера различные отверстия диска, создают в потоке неоднородности различного поперечного сечения.Затем прослеживают с помощью теневого прибора и фотоэлектронных средств поведение неоднородностей перед испытуемым преобразователем на предмет 6 О деформации неоднородности. Если деформация отсутствует, то диаметр неоднородности принимают за разрешающую способность испытуемого преобразователя Г 23, 65 Недостатками известного устройства являются недостаточно высокая точ ность, связанная с дискретным харак-; тером задания диаметров неоднородностей, а также значительная сложность устройства, связанная с необходимостью применения лазера и множест ва кинематических связей.Целью изобретения является повыше. ние точности и упрощение устройства,Поставленная цель достигается тем, что а устройство, содержащее источник цилиндрических неоднородностей плотности, расположенных ортогонально потоку, генератор импульсов тока, соединенный выходом с входом источника цилиндрических неоднородностей плотности, теневой прибор с оптической осью, ортогональной направлению потока и источнику цилиндрических неоднородностей плотности, фотоэлект. ронный умножитель, фотокатод которого установлен в плоскости Формирования теневого изображения теневого прибора, фотомаску с прорезью, выполненную с воэможностью углового перемещения вокруг оси, совпадающей с оптической осью теневого прибора, и установленную перед фотокатодом фотоэлектронного умножителя, привод фотомаски, усилитель, соединенный с выходом фотоэлектронного умножителя, управляемый источник опорных напряжений, пороговое устройство, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а второй - к управляемому источнику опорных напряжений блок управления, выход которого соединен с приводом фотомаски и через линию задержки с управляемым входом генератора импульсов тока, и преобразователь аналог - код, введены привод и датчик положения измерительного преобразователя, при этом привод соединен с вдходом блока управления, выход датчика положения - с преобразователем аналог - код и входом управляемого источника опорных напряжений, а прорезь а фотомаске выполнена в виде архимедовой спирали с монотонно меняющейся шириной, перекрытой неподвижным экраном с прямоугольной диаФрагмой, расположенной вдоль радиуса фотомаски.Причем источник цилиндрических неоднородностей плотности выполнен в аиде металлической нити, расположенной в потоке.На Фиг. 1 и 2 представлена схема предлагаемого устройства в двух проекциях; на фиг. 3 - фотомаска, перекрытая экраном; на Фиг. 4 - диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит гидроканал или аэродинамическую трубу ) 1, выполненный с прозрачными стенками в плоскости уя, В гидроканале 1 распо. ложен источник цилиндрических неоднородностей плотности, выполненный,например, в виде металлической нити2, натянутой поперек гидроканала 1в плоскости уг. Металлическая нить2 подключена к выходу генератораимпульсов тока 3. В гидроканале 1ниже по потоку н ротив металлической нити 2 расположен испытуемыйпреобразователь 4, выполненный с возможностью перемещения вдоль гидроканчла 1 приводом 5. Положение преобра- (зователя 4 относительно нити 2 контролируется датчиком положения 6, например, реостатного типа, выход которого подключен к преобразователюаналог - код 7. Устройство также со- (5держит блок управления 8.Ортогонально направлению потокаи нити 2 установлен теневой прибор 9,выполненный в виде источника света10 (фиг. 2), конденсорной линзы 11, 20диафрагмы 12, передающего объектива13, приемного объектива 14, ножа фуо 15 и проектируещего объектива 16.В плоскости формирования теневогоиэображения теневого прибора 9 установлен фотокатод фотоэлектронногоумножителя 17, перекрываемый фотомаской 18, с прорезью, выполненной в виде архимедовой спирали 19 с монотонно меняющейся шириной (фиг. 3) . Спираль 19 в свою очередь перекрыта неподвижным экраном 20 с прямоугольнойпрорезью 21, расположенной вдоль фотомаски 18 (экран 20 перекрывает полностью архимедову спираль 19, нафиг. 3 показано иначе для наглядности ). фотомаска 18 выполнена с возмож.ностью углового перемещения вокругоси, совпадающей с оптической осьютеневого прибора 9Угловые перемеще ния фотомаски 18 и элементов 10 и 16синхронизированы с продольным перемещением преобразователя 4. Для этого привод фотомаски 18 (на фиг. 2 непоказано ) и привод 5 преобразователя4 (фиг. 1 ) соединены с блоком управления 8,Выход фотоэлектронного умножителя17 подключен через усилитель к перво.му входу порогового устройства 22,второй вход которого соединен с выхо 50дом управляемого источника опорныхнапряжений 23, управляемый вход которого соединен с выходом датчика ноложения б.155Работа генератора импульсов тока3 через управляемый вход осуществляется через линию задержки 24 от блокауправления 8, соединенного обратной.связью с выходом порогового устройства 22. 60Показания датчика положения б .могут быть предварительно сопоставленыс диаметром неоднородности плотности,получаемого для данного положениядатчика 4. Эти показания в цифровом 65 виде фиксируются выходным прибором преобразователя аналог - код 7 (фиг. 1).Устройство работает следующим образом.На металлическую нить 2 от генераторов импульсов тока 3 подают дозированые порции электрической энергии, При каждом импульсе тока с нити 2 потоком "смывается" температурный фронт в виде цилиндрической неоднородности плотности. За счет молекулярной диффузии диаметр неоднородности со временем увеличивается, что дает возможность путем изменения расстояния между нитью 2 и преобразователем 4 регулировать диаметр подаваемой на,преобразователь неоднородности.Поскольку плотность жидкости однозначно связана с ее показателем преломления, движущиеся в потоке неоднородности плотности можно визуали зировать теневым прибором 9 в поле визуализации, (фиг. 1) . Теневой прибор 9 предварительно настраивают в режим насыщения, характеризующийся тем, что иэображение неоднородностей получается в виде белых линий на тем. ном фоне. Изображение неоднородности перемещается вдоль прорези 21 неподвижного экрана 20 и в момент совпадения с областью пересечения 25 прорези 21 с архимедовой спиралью 19 на выходе фотоэлектронного умножителя 17 появляется сигнал, подаваемый через усилитель на пороговое устройство 22, на второй вход которого подается калиброванное опорное напряжение с управляемого источника опорных напряжений 23, Величина опорного напряжения задается выходным сигналом датчика положения 6, соединенным с управляемым входом источника опорных напряжений 23. Опорное напряжение для каждого положения преобразователя 4 заранее подбирается равным напряжению фототока, снимаемого с фото электронного умножителя 17 и усиленного усилителем.Поскольку линейное перемещение преобразователя 4 и угловое перемеще ние фотомаски 18 происходит синхронно, то предварительно всегда можно настроить кинематику систем так, что область 25, пропускающая свет, будет располагаться перед изображенйем лобовой части преобразователя 4.В предлагаемом устройстве, так же как в известном, если неоднородность перед преобразователем 4 деформируется, то на два входа порогового устройства 22 подаются неодинаковые напряжения и последнее выдает сигнал на блок управления 8, который в свою очередь запускает привод измерительного преобразователя 5, перемещающий, его на определенное расстояние внизпо потоку. Затем через интервал времени, определяемый линией задержки 24, на генератор 3 импульсов тока по- лается сигнал, запускающий работу последнего. При этом на металлическую нить 2 от генератора 3 поступает очередная порция дозированной энергии, приводящей к образованию цилиндрической неоднородности плотности перед преобразователем 4, но уже большего диаметра по сравнению с предыдущим опытом, Если деформация неоднородности перед преобразователем 4 не произойдет, все перечисленные операции на одном устройстве повторяются вновь до тех пор, пока при одном из диаметров цилиндрической неоднородности сигналы с управляемого источника опорных напряжений 23 и с усилителя фотоэлектронного умно- жителя 17 не сравняются. Это будет говорить об отсутствии деформации неоднородности перед преобразователем 4. При этом сигнал с порогового устройства 22 на блок управления 8 будет отсутствовать, а преобразователь аналог-код 7 покажет величину разрешающей способности преобразователя 4, равной по существу диаметру последней цилиндрической неоднородности плотности.Диаграммы ( фиг. 4) поясняют работу устройства: кривые 26 - 29 показывают распределение температуры,плотности и показатели преломленияпо сечению цилиндрической неоднородности для различных у; кривая 30 характеризует уровень фона; кривые31 - 33 - характеризуют изменениеградиента показателя преломления вцилиндрических неоднородностях вдолькоординаты для линейного режима работы теневого прибора (распределениепоказателя преломления неоднороднос ти, описываемой кривой 29, не будетзарегистрировано теневым прибором 9,поскольку выходит за область егочувствительности 1 кривые 34 - 36 ха.рактеризуют распределение освещеннос ти его сечению изображения неоднород.ности, когда теневой прибор работаетв режиме насыщения; области 37 - 39изображают формы области пересечения25 архимедовой спирали с прорезью не 2 О подвчжного экрана для данных изображений 34 - 36 неоднородностей (области 37 - 39 будут в форме трапеций,а не прямоугольников, но при достаточно большом соотношении радиусов 5 архимедовой спирали и ширины прорезив экране этим можно пренебречь ).Предлагаемое устройство имеет более высокую точность, так как позволяет задавать практически любой диа метр цилиндрической неоднородности,а также проще известного, посколькув нем отсутствует необходимость использования лазеров.1093937 Составитель П Техред Т.фанта орректор Г. Огар Редак уга ак лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектна 34НИИПИпо д13035 Тираж 823 осударстве ам изобрет Москва, ЖПодписноеого комитета СССРий и-открытийРаушская наб., д. 4