CS240752B1

CS240752B1 - Zařízení pro měření průtokových parametrů proudícího média s využitím laser-dopglerovské anemometrie

Info

Publication number: CS240752B1
Application number: CS42483A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Hrabovsky
Original assignee: Miroslav Hrabovsky
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1986-02-13

Abstract

Řešení spadá do oboru měřicí techniky a týká se zařízení pro měření průtokových arametrů proudícího média s využitím aser-dopplerovské anemometrie, sestávajícího z laseru doplněného o optický systém pro rozděleni paprsku z laseru do dvou sbíhavých paprsků a z měřené soustavy tvořené hydraulickým prvkem zařazeným do potrubí, které je opatřeno za a před hydraulickým prvkem průhledy, za nimiž jsou umístěny fotonásobiče spojené s vyhodnocovacím zařízením, přičemž v optické ose laseru je umístěno rotující zrcadlo, po jehož stranách jsou v ose průhledů umístěna rotující boční zrcadla.

Description

Vynálež se týká zařízení pro měření průtokových parametrů proudícího media s využitím laser-dopplerovské anemometrie.

Pro účely výzkumu a vývoje hydřaulických zařízení se často vyžaduje stanovení střední hodnoty a dynamické složky rychlosti nebo průtoku kapaliny nebo plynu před a za hydraulickým prvkem zařazeným v systému. K tomu je nutno měřit požadované parametry rychlosti proudění nebo průtoku ve dvou bodech a z naměřených hodnot se pak stanoví průměrná střední hodnota a odpovídající dynamická složka. V současné době se to provádí buď použitím dvou měřidel například průtokoměrů vhodného typu, zařazených konstrukčně do systému, ve kterém proudí zkoumané medium. Výstup měření bývá buď mechanický nebo elektrický. U tohoto řešení je možno vyhodnocovat zpravidla průtok, v méně případech pak rychlost proudění. Dalším známým řešením je použití dvou na sobě nezávislých čidel, včetně vyhodnocovacích zařízení, která umožňují měření ve dvou bodech, jako jsou kupříkladu metoda žárové anemometrie, nebo použití dvou systémů laser-dopplerovské anemometrie, a podobně. Nevýhodou výše uvedených známých řešení je skutečnost, že je nutno použít dvou samostatných systémů, přičemž stanovení střední hodnoty a dynamické složky naměřených parametrů je nutno provést zpravidla samostatně. Takové řešení je nákladné a pracné.

Uvedené nevýhody a nedostatky odstraňuje v podstatě vynález, Xterým je zařízení pro měření průtokových parametrů proudícího media s využitím laser-dopplerovské anemometrie, sestávající z laseru doplněného o optický systém pro rozdělení paprsku z laseru do dvou sbíhavých paprsků a z měřené soustavy tvořené hydraulickým prvkem zařazeným do potrubí opatřeného před a za hydraulickým prvkem průhledy, za nimiž jsou umístěny fotonásobiče spojené s vyhodnocovacím zařízením, vyznačující se tím, že v optické ose laseru je umístěno rotující rozmítací zrcadlo, po jehož stranách jsou v ose průhledů umístěna boční zrcadla.

Další podstatou vynálezu je, že rychlost rotace rozmítacího zrcadla a obou bočních zrcadel je stejná, přičemž smysl otáčení bočních zrcadel je opačný smyslu otáčení rozmítacího zrcadla.

Další podstatou vynálezu je, že boční zrcadla jsou uložena otočně, vratně prostřednictvím vačky a pružiny.

Další podstatou vynálezu je, že obě boční zrcadla jsou ulo žerna pevně, přičemž mezi rozmítacím zrcadlem a oběma bočními zr- 2 240 752 cadly jsou unusteny planparalelní desky.

Další podstatou vynálezu je, že planparalelní desky jsou uloženy rotačně, vratně prostřednictvím vačky a pružiny.

Vyšší účinek vynálezu se projevuje podstatným snížením nákladů na zařízení, dovolující téměř současně automaticky stanovit, při předem známém tvaru rychlostního profilu media stanoveného postupně v obou místech, střední hodnotu a dynamickou slož ku rychlosti v daných měřených bodech, případně v přepočtu střední hodnotu a dynamickou složku průtoku. Nové zařízení umožňuje bezdotykově měřit ve zvoleném bodě časový průběh jedné složky vektoru rychlosti proudícího media.

Konkrétní příklad provedení vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje celkové schéma zařízení podle vynálezu, obr. 2 je detail vačkového pohonu zrcadla,obr. 3 představuje alternativní provedení s pevnými zrcadly a vloženými planparalelními deskami, a obr. 4 je detail pohonu planparalelní desky vačkou.

Podle vynálezu sestává zařízení z laseru i doplněného optickým systémem 2, který upraví paprsek vystupující z laseru 1 tak, že jej rozdělí do dvou sbíhavých paprsků 2» 3a protínajících se v ohnisku 4 optického systému 2. Tento bod je pak měřeným bodem, úedná se o známý princip měření složky vektoru rychlosti ve zvoleném bodě metodou laser-dopplerovské anemometrie. Tento laser 1 s optickým systémem 2 je umístěn proti hydraulickémtprvku % ^za~ řazenému v potrubí 6, kterým protéká medium jehož rychlost, t.j. střední hodnotu a dynamickou složku rychlosti, případně odpovídající průtok je třeba stanovit a to před a za hydraulickým prvkem Potrubí 6 je v určených místech před a za hydraulickým prvkem 2 opatřeno průhledy 2» 7a. které umóžnují vstup paprsků 2» 3a do potrubí 6. Optický světelný svazek dvou sbíhavých paprsků 2» 3a vystupující z optického systému 2 je směrován rotujícím rozmítacím zrcadlem 8 střídavě k rotačním bočním zrcadlům

2.» 9a. které nasměrují sbíhavý světelný svazek přes průhledy 2»

7a do dvou sledovaných měřených bodů £ ^v potrubí 6. Boční zrcadla 2· 9a rotují stejnou úhlovou rychlostí jako rozmítací zrcadlo 8 ale v opačném smyslu přičemž jejich vzájemný pohyb optidky stabilizuje polohu měřicích bodů £ pro určitý úhlový interval bočních zrcadel 2» 9a. Měřený dopplerovský signál je snímán dvojicí fotonásobičů 10. 10a umístěných proti průhledům 2» 7a za potru- 3 240 752 bíra 6. Tyto naměřené signály jsou dále zpracovávány dvou kanálovou aparaturou, sestávající z procesorů 11, 12 běžně používaných u systémů laser-dopplerovské anemometrie. Tyto procesory 11, 12 lze doplnit modulátorem 13, který frekvenčně moduluje optický světelný svazek pomocí Braggovy cely 14 umístěné v optic kém systému 2, Na procesory 11, 12 a modulátor 13 navazuje elektrická jednotka 15. která zpracovává měřicí signál do výstupů jako střední hodnotu rychlostí v^, v₂ a dynamickou složku rychlostiZkVp ÚVg, případně střední hodnotu průtoku Q^, Qg a dynamickou složku průtoku AQj,

Alternativně mohou vykazovat boční zrcadla j), 9a výkyvný pohyb zajištovaný prostřednictvím vačky 16 a pružiny 17. jak je zřejmo z obř* 2.

Na obr. 3 je znázorněna další varianta provedení bočních zrcadel 9a. která jsou v tomto případě pevná a optického vyrovnání světelného svazku je dosahováno rotací planparalelních desek 18, 18a vložených do optického systému mezi rozmítací zrcadlo 8 a obě boční pevná zrcadla 9a. Planparalelní desky 18, 18a mohou mít rovněž kyvný pohyb zajištovaný obdobně vačkou 16 _ía pružinou 17 jak je zřejmo z obr, 4.

Ve všech případech optického vyrovnání světelného svazku do měřených bodů J, jsou pohyby vyrovnávacích optických prvků synchronizovány s cílem prostorové stabilizace měřicího bodu alespoň po část úhlové dráhy rozmítacího zrcadla 8.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

240 752

1. Zařízení pro měření průtokových parametrů proudícího media s využitím laser-dopplerovské anemometrie, sestávající z laseru doplněného o optický systém pro rozdělení paprsku z laseru do dvou sbíhavých paprsků a z měřené soustavy tvořené hydraulickým prvkem zařazeným do potrubí opatřeného před a za hydraulickým prvkem průhledy, za nimiž jsou umístěny fotonásobiče spojené s vyhodnocovacím zařízením, vyznačující se tím, že v optické ose laseru (1) je umístěno rotující rozmítací zrcadlo (8), po jehož stranách jsou v ose průhledů (7, 7a) umístěna boční zrcadla (9, 9a).
2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že rychlost rotace rozmítacího zrcadla (8) a obou bočních zrcadel (9» 9a) je stejná, přičemž smysl otáčení bočních zrcadel (9, 9a) je opačný smyslu otáčení rozmítacího zrcadla (8),
3«, Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že boční zrcadla (9, 9a) jsou uložena otočně, vratně prostřednictvím vačky (16) a pružiny (17).
4. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že obě boční zrcadla (9, 9a) jsou uložena pevně, přičemž mezi rozmítacím zrcadlem (8) a oběma bočními zrcadly (9, 9a) jsou umístěny rotačně planparalelní desky (18, 18a).
5. Zařízení podle bodu 4, vyznačující se tím, že planparalelní desky (18, 18a) jsou uloženy rotačně, vratně prostřednictvím vačky (16) a pružiny (17).