CS256640B1 - Zařízení pro měžení rychlosti tekutin ve dvou prostorově blízkých mimoosových bodech - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zařízení pro měření, rychlosti tekutin ve dvou prostorově blízkých mimoosových bodeoh, sestávajícího ze světelného zdroje dvou barev a laserového, dopplerovského anemometru.' Podstata řešení spočívá v tom, že mezi dělič paprsku a vysílací objektiv je uložen disperzní hranol, který rozděluje dvě barvy zdroje světla a vysílacím objektivem jsou potom vytvořeny dvě optické sondy v bodetfh, ve kterých má být určena rychlost. Navržené zařízení lze použít pro měření gradientů rychlostí, smykových napětí a korelací, zejména v .hydraulických strojích, v lopatkových strojích a v uzlech leteckých motorů, případně v lékařském výzkumu pri měření proudění v krevních cestách.

Description

256 640 - 1 -

Vynález se týká zařízení pro měření rychlosti tekutin vedvou prostorově blízkých mimoosových bodech, sestávajícího zesvětelného zdroje a laserového dopplerovského anemometru·

Laserový dopplerovský anemometr se běžně používá při mě-ření složek rychlosti proudící tekutiny. Jeho obecná výhodaspočívá v tom, že se do měřeného místa nezavádí žádná měřícísonda, která by proudění narušovala, nýbrž nehmotná optickásonda s měřícím bodem pro měření rychlosti proudění tekutinyv průniku dvou vzájemně koherentních světelných paprsků. V měřícím bodě se vytváří systém vzájemně rovnoběžných inter-ferenčních rovin, které mají od sebe konstantní vzdálenosturčenou vlnovou délkou světla a úhlem protínání jeho paprsků.Proudem tekutiny jsou unášeny hmotné částice různé velikosti,které procházejí optickou sondou. Každá částice, jejíž vektorrychlosti není kolmý na normálu interferenčních rovin, připrůchodu optickou sondou rozptyluje světlo, které je amplitu-dově modulováno frekvencí závislou na vzájemné vzdálenostiinterferenčíních rovin a na velikosti složky vektoru rychlostičástice rovnoběžné s normálou interferenčních rovin. Amplitudo-vě modulované světlo, rozptýlené částicí je snímáno optickousoustavou a přiváděno na fotodetektor, který je mění na elektrický signál. Změřením frekvence tohoto elektrického signálu lzeusoudit na velikost složky vektoru rychlosti částice rovnoběž-né s normálem. Protože rychlost částice, unášené proudící te-kutinou, se v podstatě neliší od rychlosti tekutiny, lze rych-lost částice pokládat i za rychlost proudění tekutiny. Směrproudění tekutiny se zjišťuje natáčením optické sondy do tako-vé polohy, v níž je frekvence modulace rozptýleného světla, tojest dopplerovské frekvence, nejvyšší. V ton případě je směrnormály interferenčních rovin shodný se směrem proudění tekuti-ny.

Dosud známá zařízení jsou uspořádána tak, že ze zdrojekoherentního světla jedné frekvence (barvy) přichází paprsekdo děliče, kde je rozdělen na dva paralelní paprsky. Ty prochá-zejí vysílacím objektivem a v jeho ohnisku vytváří optickousondu. Rozptýlené světlo z prostoru optické sondy je sbíránopřijímacím objektivem, fokusováno fokusačním objektivem dootvoru polní clony a detekováno fotodetektorem. Přijímací 2 256 640 část optiky přitom může být umístěna mimoosově, případně naoptické ose směrem zpět od optické sondy (tzv. "zpětný rozptyl").Měření rychlostí ve dvou prostorově blízkých bodech na optickéose vysílací části laserovského dopplerovského anemometru sepotom provádí tak, že se nejprve změří jedinou soustavou rych-lost tekutiny v prvém bodě a po přesunu optiky se změní rych-lost tekutiny ve druhém bodě nebo se použijí dvě popsané optic-ké soustavy a umístí se tak, aby jimi vytvořené optické sondybyly blízko sebe.

Nevýhodou těchto uspořádání je,že při použití dvou podob-ných soustav je nutné použít poměrně velké množství optickýchprvků a navíc je velmi obtížné optiku uspořádat tak, aby siobě soustavy mechanicky nevadily. Při použití postupného mě-ření obou rychlostí je nutné měřit dvakrát, měření je zdlouha-vé a nepřesné. Navíc měření děje musí být zásadně stacionární-ho charakteru po celou dobu obou měření.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro měření rychlostitekutin ve dvou prostorově blízkých mimoosových bodech, sestá-vající ze světelného zdroje dvou barev a laserového dopplerovské-ho anemometru, jehož vysílací část je tvořena děličem paprskua vysílacím objektivem a přijímací část je tvořena přijímacímobjektivem, děličem barev, dvěma fokusačními objektivy, dvěmapolními clonami a dvěma fotodetektory podle vynálezu, jehožpodstata spočívá v tom, že mezi dělič paprsku a vysílací objektivje uložen disperzní hranol. Výhodou zařízení podle vynálezu je, že dvě vytvořené optic-ké sondy mají stálou a známou vzdálenost, vysílací a přijímacíčást laserovského dopplerovského anemometru je velmi jednoducháa obě rychlosti lze měřit současně. To zkvalitňuje a zpřesňujeměření gradientů rychlosti a smykových napětí v tekutinách.· Příklad provedení podle vynálezu je schematicky znázorněnna připojených výkresech, kde představuje obr. 1 zařízení s la-serovým dopplerovským anemometrem při uspořádání se vstřícnýmrozptylem, obr. 2 se zpětným rozptylem.

Zařízení sestává ze zdroje 1 světla dvou barev a z vysíla- cí a přijímací části laserového dopplerovského anemometru. Vy- sílací část sestává z děliče 2 paprsku, disperzního hranolu 12 - 3 - 256 640 a vysílacího objektivu £· Mezi dělič 2 a disperzní hranol 12je ve dráze jednoho paprsku zařazen modulátor Přijímacíčást sestává při uspořádání se vstřícným rozptylem (obr· 1)z přijímacího objektivu 2 a děliče 8 barev, za jehož každýmvýstupem je zařazen fokusační objektiv 2» polní clona 10 afotodetektor 11« Při uspořádání se zpětným rozptylem (obr· 2)je vysílací i přijímací objektiv 4» 2 tvořen jedním objekti-vem 4·

Zdroj světla 1 vysílá paprsek dvou barev do děliče 2paprsku, který jej dělí na dva paprsky, z nichž každý obsahu-je obě barvy. Po průchodu modulátorem 2 oba paprsky procházídisperzním hranolem 12, který složku světla každé barvy odchý-lí o jiný úhel. Potom přichází světelné paprsky na vysílacíobjektiv který paprsky jedné barvy fokusuje do ohniskovéroviny, kde se vytváří optická sonda 2 jedné barvy a paprskydruhé barvy fokusuje do ohniskové roviny, kde se vytváří optická sonda 6 druhé barvy·

Světlo z obou optických sond, rozptýlené částicemi ve směru vysílacích paprsků je zachycováno přijímacím objektivem 2a v děliči 8 barev rozdělováno na vlastní fokusační objektiv 2polní clonu 10 a fotodetektor 11 pro každou barvu. Elektrickýsignál z každého z fotodetektorů 11 je zpracován vlastníelektronikou a je určována rychlost proudění tekutiny v obouprostorech optických sond j>, 6.

Zvláště vhodným zdrojem světla dvou barev pro uspořádánípodle vynálezu je argonový iontový laser, který vyzařuje dvěvelmi silné barvy světla o vhodné délce 488 nan a 514,5 mm.

Zařízení podle vynálezu lze využít pro měření gradientůrychlostí, smykových napětí a korelací v hydraulických stro-jích, míchadlech, emulgátorech, fermentačních nádržích, poly-meračních reaktorech, v lopatkových strojích a v uzlech letec-kých motorů, případně v lékařském výzkumu při měření prouděnív krevních cestách.

Claims (2)

1. I PŘE Dlí
2. 2 T vynálezu 25b B40 Zařízení pro měření rychlosti tekutin ve dvou prostorověblízkých mimoosových hodech, sestávající ze světelného zdrojedvou barev a laserového dopplerovského anemometru, jehož vysí-lací část je tvořena děličem paprsku a vysílacím objektivem apřijímací část je tvořena přijímacím objektivem, děličem barevdvěma fokusačními objektivy, dvěma polními clonami a dvěmafotodetektory, vyznačené tím, že mezi dělič paprsku (2) a vy-sílací objektiv (4) je uložen disperzní hranol (12)· 2 výkresy