CS247645B1

CS247645B1 - Involvement for testing the optical measuring chain of a Doppler anemometer

Info

Publication number: CS247645B1
Application number: CS480085A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Klaboch
Original assignee: Ladislav Klaboch
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-15

Abstract

Řešení se týká zapojení pro prověřování funkce optického měřicího řetězce LDA sestávajícího z laseru, vysílajícího koherentní světelný paprsek, který po průchodu rotátorem polarizace přichází na dělič paprsku, kde je dělen na dva vzájemně koherentní vysílací paprsky, které jsou vysílacím objektivem soustředěny do měřicího bodu proudění tekutiny, ze kterého jsou světelné paprsky rozptýlené hmotnou částicí, unášenou proudící tekutinou, přiváděny přes přijímací objektiv a clonu na fotodetektor. Podstata řešení spočívá v tom, že mezi dělič paprsku /3/ a měřicí bod proudění /7/ je zařazen v jednom vysílacím paprsku /5/ fázový prvek /13/. V druhém vysílacím paprsku /6/ může být zařazen dráhově kompenzační prvek /14/. Zapojení je možno použít tam, kde měření probíhá v opticky nepříznivých podmínkách a měřicí bod je v blízkosti světlo odrážejících povrchů, např. při měření na lopatkových proudových strojích.The solution concerns a circuit for testing the function of an optical measuring chain LDA consisting of a laser emitting a coherent light beam, which after passing through a polarization rotator arrives at a beam splitter, where it is divided into two mutually coherent transmitting beams, which are focused by the transmitting lens into a measuring point of the fluid flow, from which the light beams scattered by a material particle carried by the flowing fluid are fed through a receiving lens and an aperture to a photodetector. The essence of the solution lies in the fact that a phase element /13/ is included in one transmitting beam /5/ between the beam splitter /3/ and the measuring point of the flow /7/. A path compensation element /14/ can be included in the second transmitting beam /6/. The circuit can be used where the measurement takes place in optically unfavorable conditions and the measuring point is close to light-reflecting surfaces, e.g. when measuring on bladed jet machines.

Description

(54) Zapojení pro prověřování funkce optického měřicího řetězce laserového dopplerovského anemometru(54) Wiring for verifying the function of the optical measuring chain of a laser doppler anemometer

Řešení se týká zapojení pro prověřování funkce optického měřicího řetězce LDA sestávajícího z laseru, vysílajícího koherentní světelný paprsek, který po průchodu rotátorem polarizace přichází na dělič paprsku, kde je dělen na dva vzájemně koherentní vysílací paprsky, které jsou vysílacím objektivem soustředěny do měřicího bodu proudění tekutiny, ze kterého jsou světelné paprsky rozptýlené hmotnou částicí, unášenou proudící tekutinou, přiváděny přes přijímací objektiv a clonu na fotodetektor.The invention relates to a circuit for testing the function of an optical measuring chain LDA consisting of a laser emitting a coherent light beam, which, after passing through a polarization rotator, arrives at a beam splitter where it is divided into two mutually coherent transmission beams. from which the light rays scattered by the particulate matter entrained by the flowing fluid are fed through the receiving lens and the aperture to the photodetector.

Podstata řešení spočívá v tom, že mezi dělič paprsku /3/ a měřicí bod proudění /7/ je zařazen v jednom vysílacím paprsku /5/ fázový prvek /13/. V druhém vysílacím paprsku /6/ může být zařazen dráhově kompenzační prvek /14/.The essence of the solution consists in that a phase element (13) is arranged in a transmission beam (5) between the beam splitter (3) and the flow measuring point (7). A path compensation element (14) may be provided in the second transmission beam (6).

Zapojení je možno použít tam, kde měření probíhá v opticky nepříznivých podmínkách a měřicí bod je v blízkosti světlo odrážejících povrchů, např. při měření na lopatkových proudových strojích.The wiring can be used where measurement takes place under optically unfavorable conditions and the measuring point is near light-reflecting surfaces, eg when measuring on turbomachines.

Vynález se týká zapojení pro prověřování funkce optického měřicího řetězce laserového dopplerovského anemometru LDA.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a circuit for testing the function of an optical measuring chain of a LDA laser doppler anemometer.

Optický řetězec LDA vytváří optický střídavý dopplerovský signál s frekvencí úměrnou rychlosti hmotných částic, prolétávajících měřicím bodem proudění. Změřením frekvence dopplerovského signálu lze potom zjstit rychlost hmotných částic unášených tekutinou a tím i rychlost tekutiny.The LDA optical chain generates an optical alternating doppler signal with a frequency proportional to the velocity of the mass particles passing through the flow point. By measuring the frequency of the doppler signal, the velocity of the particulate matter entrained by the fluid and thus the velocity of the fluid can then be determined.

Celý optický řetězec LDA je poměrně složitý a proto v něm může docházet k poruchám funkce jednotlivých členů, např. znečištěním povrchů, rozjustováním nebo k parazitním odrazům použitého laserového světla anebo k vnikání okolního světla do optického řetězce.The entire LDA fiber optic chain is relatively complex and may therefore cause malfunctions of individual members, such as surface contamination, deliberation or parasitic reflection of the laser light used, or ambient light entering the optical chain.

Zvláště při měření vysokých rychlostí v úzkých kanálech a v blízkosti stěny může dojít k takové degradaci dopplerovského signálu optickým šumem, žé je funkce anemometru ovlivněna, přičemž je obtížné rozhodnout, zda detekovaný optický signál je způsoben žádaným dopplerovským signálem, nebo nežádoucím optickým šumem.Especially when measuring high velocities in narrow channels and near the wall, such doppler signal degradation by optical noise can occur that the function of the anemometer is affected, and it is difficult to decide whether the detected optical signal is caused by the desired doppler signal or unwanted optical noise.

Dosud známá uspořádání pro prověřování funkce optického řetězce používají buá vypnutí, případně zaclonění vysílacího laseru nebo zaclonění jednoho vysílacího paprsku mezi děličem paprsku a měřicím bodem proudění.The prior art arrangements for checking the operation of the optical chain use either the shut-off or the shielding of the emitting laser or the shielding of a single emitting beam between the beam splitter and the flow measurement point.

Nevýhodou dosud známých uspořádání je, že při prověřování funkce optického řetězce se podstatným způsobem změní optické poměry v řetězci. To je obzvláště významné v okolí měřicího bodu proudění, kde je generována značná část optického šumu difuzním odrazem vysílacích laserových paprsků od blízkých stěn kanálu proudění a jejich následným vnikáním do přijímače části optického řetězce LDA.A disadvantage of the prior art arrangements is that when checking the function of the optical chain, the optical conditions in the chain change substantially. This is particularly important in the vicinity of the flow measurement point, where a significant portion of the optical noise is generated by diffusing the reflection of the transmitting laser beams from the near walls of the flow channel and subsequently penetrating into the receiver of a portion of the LDA optical chain.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení pro prověřování funkce optického měřicího řetězce LDA sestávajícího z laseru, vysílajícího koherentní světelný paprsek, který po průchodu rotátórem polarizace přichází na dělič paprsku, kde je dělen na dva vzájemně koherentní vysílací paprsky, které jsou vysílacím objektivem soustředěny do měřicího bodu proudění tekutiny, ze kterého jsou světelné paprsky rozptýlené hmotnou částicí, unášenou proudící tekutinou, přiváděny přes přijímací objektiv a clonu na fotodetektor podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že mezi dělič paprsku a měřicí bod proudění je zařazen v jednom ze dvou vysílacích paprsků fázový prvek.These disadvantages are eliminated by a circuit for testing the function of an LDA optical measuring chain consisting of a laser emitting a coherent light beam, which, after passing through a polarization rotator, arrives at a beam splitter where it is divided into two mutually coherent beams which are centered by the transmitting objective from which the light beams scattered by the particulate matter entrained by the flowing fluid are fed via a receiving lens and aperture to a photodetector according to the invention, characterized in that a phase element is arranged between the beam splitter and the flow measuring point.

Mezi dělič paprsků a měřicí bod proudění může být zařazen v jednom ze dvou vysílacích paprsků fázový prvek a ve druhém vysílacím paprsku je umístěn dráhově kompenzační prvek.A phase element may be provided between the beam splitter and the flow measurement point in one of the two beams, and a path compensating element may be provided in the other beam.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že při prověřování funkce je v celém otpickém řetězci původní intenzita osvětlení a optický šum není prověřováním funkce změněn nebo omezen. Prověřování může být prováděno i za provozu LDA.An advantage of the wiring according to the invention is that when the function is tested, the original illumination intensity is in the entire otpic chain and the optical noise is not changed or reduced by the function test. Screening can also be performed during LDA operation.

Příklad provedení je schematicky znázorněn na připojeném výkrese.An exemplary embodiment is shown schematically in the attached drawing.

Laser 1 vysílá koherentní světelný paprsek, který po průchodu rotátorem polarizace 2 přichází na dělič paprsku 3_, kde je dělen na dva, vzájemně koherentní vysílací paprsky 9_, £. Tyto vysílací paprsky přicházejí na vysílací objektiv £, přičemž v prvním vysílacím paprsku 2 je zařazen fázový prvek 13 a ve druhém vysílacím paprsku £ je zařazen dráhově kompenzační prvek 14.The laser 1 emits a coherent light beam which, after passing through the polarization rotator 2, arrives at the beam splitter 3, where it is divided into two mutually coherent beams 9, 9. These transmitting beams arrive at the transmitting objective 6, with a phase element 13 in the first transmitting beam 2 and a path compensating element 14 in the second transmitting beam.

Vyáílacím objektivem £ jsou vysílací paprsky 5_, £ soustředěny do měřicího bodu proudění tekutiny 7_. Světelné paprsky 2 rozptýlené hmotnou částicí jsou přiváděny přes přijímací objek tiv 2 a clonu 10 na fotodetektor 11, spojený s procesorem signálu 12.By means of the transmission lens 5, the transmission beams 5, 6 are concentrated at the measuring point of the fluid flow 7. The light beams 2 scattered by the particulate are fed through the receiving object 2 and the aperture 10 to the photodetector 11 connected to the signal processor 12.

Fázový prvek 13» zařazený do prvního paprsku 2 mezi děličem paprsku 2 ^a vysílacím objektivem 4 upravuje vzájemnou polarizaci prvého a druhého vysílacího paprsku 2/ tak, že spolu v měřicím bodě £ proudění neinterferují, přičemž je zachována původní intenzita vysílacích paprsků i původní intenzita parazitního světla. Dráhově kompenzační prvek' 14, zařazený do druhého paprsku £ mezi děličem paprsku £ a vysílacím objektivem £ vyrovnává optickou dráhu průchodu prvého vysílacího paprsku £.The phase element 13 »included in the first beam 2 between the beam splitter 2 ^{and the} transmitting lens 4 adjusts the polarization of the first and second transmitting beams 2 / so that they do not interfere with each other at the measuring point. . The path compensation element 14, inserted into the second beam 6 between the beam splitter 6 and the transmitting lens 8, aligns the optical path of the passage of the first transmitting beam 6.

Zapojení podle vynálezu zkvalitňuje a urychluje jednak přípravu měřicího řetězce LDA k provozu a jednak samotné měřéní pomocí LDA. Je zvláště vhodné tam, kde měření LDA probíhá v opticky nepříznivých podmínkách a měřicí bod proudění je v blízkosti světlo odrážejících povrchů, např. při měřeních na lopatkových proudových strojích.The circuit according to the invention improves and accelerates both the preparation of the LDA measurement chain and the LDA measurement itself. It is particularly suitable where the LDA measurement takes place under optically unfavorable conditions and the flow measurement point is near light-reflecting surfaces, eg when measuring on turbomachines.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A wiring for verifying the function of an optical measuring chain of a laser doppler anemometer consisting of a laser emitting a coherent light beam which, after passing through a polarization rotator, arrives at a beam splitter where it is divided into two mutually coherent beams which are centered by the transmitting objective Fluid from which the light beams scattered by the particulate matter entrained by the flowing fluid are fed via a receiving lens and aperture to a photodetector, characterized in that a beam divider (3) and a flow measuring point (7) are arranged between in one of the two transmitting beams (5), (6) a phase element (13).

Wiring according to claim 1, characterized in that a path compensation element (13) is provided in the other transmission beam between the beam splitter (5) and the flow measurement point (7) at the location where a phase element (13) is arranged in the other beam. element (14).