Устройство для градуировки гидрофизических преобразователей

(5 П Е ИЗОБРЕТЕНИ ПИ величины пульсационных скоростей и поддержания их стабильности во времени. Для этого устройство снабжено плавающей ве-, хой 7. установленной у волнового отражателя 6 в гидроканале 1 с возможностью вертикального перемещения по направляющей 8. На плавающей вехе закреплена оптическая маска 9 с вертикальным градиентом оптической плотности, Имеются также лазер, апертурная диафрагма, приемная диафрагма, фотоприемник и двухкоординатный регистратор. При колебаниях волнопродуктора 5 в гидроканале создается стоячая, волна, взаимодействующая с плавающей вехой. Оптическая маска перемещается в вертикальном направлении и модулирует излучение лазера. Получен- ) ный сигнал используется для управления работой волной редуктора. 2 э.п. ф-лы, 7 ил. Х ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР М 1492383, кл. 6 12 В 13/00, 23.11.87.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, может быть использовано в экспериментальной океанологии и метрологии. Цель изобретения - повышение точности градуировки -достигается путем нейтрального контроля 1651323 А40 45 50 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, может быть использовано в экспериментальной океанологии иметрологии и является усовершенствованием устройства по авт.св. М 1492383.Цель изобретения - повышение точности градуировки.На фиг.1 и 2 изображена схема устройства; на фиг.З - распределение оптическойплотности оптической маски по вертикали;на фиг.4 и 5- варианты выполнения устрой ства;на фиг.6 - прямоугольная диафрагма;на фиг.7 - расположение перископическихпризм,Устройство содержит гидроканал 1 с рабочей жидкостью, самодвижущуюся тележку 2 с закрепленными на ней с помощьюдержавки 3 градуируемым преобразователем 4, средство создания поперечных и продольных пульсационных скоростей вжидкости, выполненное в виде волнопродуктора 5 и волнового отражателя 6, уста новленные на различных концахгидроканала 1. Волновой отражатель 6 может быть выполнен с возможностью смещения вдоль гидроканала 1 относительновол нопродуктора 5. Державка 3 может бытьвыполнена с возможностью вертикальногосмещения. В тележке 2 располагается образцовое средство измерения средней скорости ее перемещения.Устройство снабжено плавающей вехой7, установленной в окрестности волновогоотражателя 6 с возможностью вертикального перемещения по направляющей 8, и оптической маской 9, выполненной свертикальным градиентом оптической плотности (фиг.2) и жестко закрепленной на плавающей вехе 7, Имеется также лазер 10(фиг.З), апертурная диафрагма 11, приемнаядиафрагма 12, фотоприемник 13, оптическисогласованные с оптической маской 9. Выход фотоприемника 13 подключен (в случаенеобходимости через усилитель, который начертеже не показан) к первому входу двухкоординатного регистратора 14, второйвход которого подключен к выходу градуируемого гидрофизического преобразователя 4 (последняя связь на чертеже необозначена),Устройство (фиг,4) может также содержать коллиматор 15 и прямоугольную диафрагму 16, последовательно установленныеперед оптической маской 9, и фокусирующую линзу 17, установленную на фокусномрасстоянии от приемной диафрагмы 18, выполненной также прямоугольной (фиг,6).При этом оптическая маска 19 выполнена спеременным вертикальным градиентом оп 5 10 15 20 25 30 35 тической плотности в виде распределения прозрачных неоднородностей,Устройство (фиг.5) может также содержать две перископические призмы 20 и 21, приемную диафрагму 22, фотоприемник 23 и дифференциальный усилитель 24, Входы фотоприемников 13 и 23 оптически согласованы через приемные диафрагмы 12 и 22 и перископические призмы 20 и 21 с фокусным пятном фокусирующей линзы 17(фиг,7). Перископические призмы 20 и 21 целесообразно выполнять с возможностью вертикального смещения одна относительно другой для настройки оптической системы на максимальную чувствительность. В первом и втором вариантах устройства выходы фотоприемника 13 соединяются с электрическим входом волнопродуктора 5.В третьем варианте устройства с электрическим входом волнопродуктора 5 соединяется выход дифференциального усилителя 24. При этом обратная связь во всех вариантах устройства дополняется всеми необходимыми стандартными элементами систем автоматического регулирования (регулирующий орган, регулятор и т,п,) для поддержания постоянства работы волнопродуктора во времени,В качестве волнопродуктора 5 можно испольэовать поплавок, закрепленный на валу кривошипно-шатунного механизма, приводимого в возвратно-поступательное движение двигателем постоянного тока, При этом электрическим входом волнопродуктора будет служит управляемый вход блока питания двигателя (не показаны).Плавающую веху 7 можно выполнить иэ дерева с отверстием в середине, в которое вставлена направляющая 8, например, в виде натянутой струны, Оптическую маску 9 с вертикальным градиентом оптической плотности можно выполнить в виде фотонегатива с различной степенью почернения по вертикали,Оптическую маску 19 с прозрачными неоднородностями с переменным вертикальным градиентом оптической плотности можно выполнить в виде клина с параболическим профилем, у которого изменение оптического пути будет изменяться по вертикали по линейному закону,Устройство используют следующим образом.Перед началом работы проводят метрологическую аттестацию устройства. Для этого приводят в соответствие поле воспроизводимых скоростей в гидроканале 1, получаемое, например, с помощью образцового двухкомпонентного термоанемометра. с измеряемой с помощью5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фотоэлектрической системы 9-13 амплитудой волны (по величине фототока с фотоприемника 13).Включают волнопродуктор 5 и создают на поверхности жидкости гравитационную волну, С помощью волнового отражателя 6 настраивают колебательную систему на условие получения в гидроканале стоячей гравитационной волны. В данном режиме колебаний в узлах стоячей волны частицы жидкости двигаются в горизонтальном направлении, а в пучностях - в вертикальном. Поскольку у волнового отражателя находится пучность стоячей волны, то расположенная здесь плавающая веха 7 совершает вертикальные колебания вдоль направляющей 8 по гармоническому закону. Если характер распределения оптической плотности по вертикали маски 9 выбран линейным (фиг,3), то изучение лазера 10 после прохождения оптической маски 9 будет также промодулировано по гармоническому закону. На выходе фотоприемника 13 постоянная составляющая отфильтровывается с помощью фильтра высоких частот (не показан), а переменная составляющая, несущая информацию об амплитуде поверхностной волны. направляется на первый вход двух- координатного регистратора 14 и через систему автоматического регулирования (не показана) - на управляющий вход волнопродуктора 5 для поддержания стабильности амплитуды воспроизводимых колебаний, а значит, и величин пульсационных скоростей во времени,Включают двигатель тележки 2 и буксируют градуируемый преобразователь 4 вдоль гидрокэнала 1 с постоянной известной скоростью. При этом на вход преобразователя 4 помимо средней скорости потока одновременно подаются две компоненты (поперечная и продольная) пульсационных скоростей, Выходной сигнал преобразователя 4 записывается на втором входе регистратора 14. Сравнивая сигналы на обоих входах регистратора 14 на различных частотах входного сигнала, задаваемого вол нопродуктором 5, строят амплитудно-чэстотну,о характеристику градуируемого преобразователя,Сравнивая те же сигналы на одной частоте, но различных амплитудах входного сигнала, задаваемых. например, различной глубиной погружения преобразователя 4 или различной интенсивностью работы волнопродукторэ 5, строят амплитудную характеристику градуируемого преобразователя.Второй вариант устройства (фиг,4) по сравнению с первым отличается повышенной чувствительностью к измеряемой амплитуде поверхностной волны, В данном устройстве используется принцип работы теневого прибора с прямоугольным источником света. У такого прибора при линейном изменении градиента оптической плотности по вертикали получается линейное преобразование перемещения оптической маски 19 (фиг.4) в величину фототока фотоприемника 13. Приемная диафрагма 18 в этом случае выполняет функции ножа Фуко. Прямоугольный источник света в данном варианте устройства получают с помощью лазера 10, апертурной диафрагмы 11, коллиматора 15 и прямоугольной диафрагмы 16.При работе устройства вертикальные перемещения оптической маски 19 приводят к угловому смещению лазерного луча 26 и смещению фокусного пятна 27 (фиг.4) относительно диафрагмы 18, что приводит к соответствующей амплитудной модуляции величины фототока на выходе фотоприемника 13. В дальнейшем работа происходит так же, кэк и в первом варианте устройства.Третий вариант устройства (фиг,5) отличается не только дальнейшим увеличением чувствительности устройства, но и устойчивостью к изменению амплитудных факторов, например, к изменению интенсивности генерируемого лазером 10 света В данном варианте реализуется дифференциальный способ измерения амплитуды волны и величины пульсационных скоростей,Сфокусированное пятно 28 (фиг.7) от луча 26 направляется на две перископические призмы 20 и 21, между которыми имеется зазор 29. Призмы 20 и 21 могут смещаться относительно оптической оси 00 и нэстра 1ивать оптическую систему на линейное преобразование углового смещения луча 26 под действием вертикальных колебаний маски 19. Распределение интенсивности света в сфокусированном пятне 28 (в отличие от сфокусированного пятна 27 во втором варианте устройства) подчиняется закону Гаусса (кривая 30), Приемные диафрагмы 12 и 22 настраиваются первоначально через призмы 20 и 21 таким образом, чтобы они были согласованы с точками 31 и 25 на середине квазилинейногоучастка на ветвях гэуссовой кривой 30. При этом нелинейные участки кривой распределения освещенности в середине и нэ краях гауссовой кривой 30 проходят в промежуток между призмами 20 и 21 или задерживаются приемными диафрагмами 12 и 22,Угловое смещение луча 26 вызывает у одного фотоприемника уменьшсние, а у другого увеличение сигнала (точка 31 на кривой 30 "сползает" вниз, а точка 25 - вверх), При зтом нэ ди" фсренциальном усилителе 24происходит удвоение полезного сигнала и вычитание амплитудных помех. В остальном работа устройства повторяется как в предыдущих вариантах.Таким образом, в устройстве происходит постоянный контроль величины воспроизводимых вертикальных (а значит, и равных им по величине горизонтальных) пульсационных скоростей объективным путем с помощью высокочувствительной аппаратуры. Кроме того, величина пульсационных скоростей в процессе градуировки все время поддерживается постоянной за счет системы автоматического регулирования, Все зто позволяет повысить точность градуировки.Формула изобретения 1. Устройство для градуировки гидрофизических преобразователей по авт. св, М 1492383, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности градуировки, оно снабжено плавающей вехой, установленной у волнового отражателя с возможностью вертикального перемещения, оптической маской, выполненной с вертикальным градиентом оптической плотности и жестко закрепленной на плавающей вехе, а также последовательно установленными и оптически согласованными с оптической маской лазером, апертурной диафрагмой, приемной диафрагмой, фотоприемником и двухкоординатным регистратором, один вход которого соединен с выходом фотоприемника, а другой вход соединен с выходом градуируемого преобразователя. 2.Устройство поп,1,отл ича ющеес я тем, что оно снабжено коллиматором,прямоугольной диафрагмой и фокусирующей линзой, причем коллиматор и прямо 5 угольная диафрагма последовательноустановлены между апертурной диафрагмой и оптической маской, а фокусирующаялинза - на фокусном расстоянии перед приемной диафрагмой, причем приемная диаф 10 рагма выполнена прямоугольной, апеременный вертикальный градиент оптической плотности оптической маски образован прозрачными неоднородностями,распределенными в теле оптической маски.15 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что оно снабжено фокусирующейлинзой, двумя перископическими призмами, дополнительной приемной диафрагмой,дополнительным фотоприемником и диффе 20 ренциальным усилителем, причем фокусирующая линза установлена за оптическоймаской на фокусном расстоянии от передних граней перископических призм, перископ ические призмы ориентированы25 зеркально симметрично относительно оптической оси лазера и оптически согласованы сприемными диафрагмами фотоприемников,выходы фотоприемников подключены к одному из входов двухкоординатного регистра 30 тора через дифференциальный усилитель, апеременный вертикальный градиент оптической плотности оптической маскиобразован прозрачными неоднородностями, распределенными в теле оптиче 35 ской маски,1651323 Фиг.б Фиг Составитель Г. ПадучинРедактор Н. Яцола, Техред М;Моргентал Корректор А. Осаул роизводственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро гарина, 101 Заказ 1609 Тираж 311 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/5