CS267979B1

CS267979B1 - Double focal laser anemometer

Info

Publication number: CS267979B1
Application number: CS883928A
Authority: CS
Inventors: Jiri Rndr Csc Gardavsky; Ladislav Ing Csc Klaboch; Antonin Ing Csc Baudys
Original assignee: Gardavsky Jiri; Ladislav Ing Csc Klaboch; Antonin Ing Csc Baudys
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS392888A1

Abstract

Řešeni se týká dvojohniskovóho laserového anemometru pro měřeni rychlosti tekutin sestávajícího z elektronické části, z laseru a z optické části obsahující sekci děleni laserového paprsku, vnitřní objektiv, objektiv anemometru, zrcadlo zpětné detekce s otvorem a sekci detekce optických signálů. Podstata řešení spočívá v tom, že mezi vnitřní objektiv a zrcadlo zpětné detekce s otvorem je zařazena sekce děleni laserového paprsku. Mezi vnitřní objektiv a objektiv anemometru je s výhodou umístěna clona prostorové filtrace.The solution relates to a two-point laser anemometer for measuring the velocity of liquids consisting of an electronic part, a laser and an optical part containing a laser beam splitting section, an internal lens, an anemometer lens, a back-detection mirror with an opening and an optical signal detection section. The essence of the solution lies in the fact that a laser beam splitting section is included between the internal lens and the back-detection mirror with an opening. A spatial filtration aperture is preferably placed between the internal lens and the anemometer lens.

Description

Vynález se týká dvoj ohniskového laserového anemometru pro měření rychlostí tekutin.The invention relates to a dual focal laser anemometer for measuring fluid velocities.

Dosud známé dvojohniskové anemor.etry pro měření rychlosti tekutin jsou uspořádány tak. že ze zdroje světla, obvykle laseru, přichází paprsek světla do sekce dělení světelného paprsku, prochází vnitřním objektiven a objektivem anemometru, v jehož ohnisku vytváří dvě optické sondy, ležící blízko sebe. Při průletu stopovací částice unášené tekutinou postupná oběma optickými sondami je světlo rozptýlené částicí přijímáno objektivem anemometru, rozdíleno do oddělaných světelných toků od obou optických sond a odděleně detekováno dvojicí fotodetektorů. .Nevýhodou dosud známých dvoj ohniskových anemometrů je uspořádání optiky, kterým je dosahováno rozděleni světla rozptýleného částicí do oddělených světelných toků od obou etnických sond. Tato nevýhodo spočíví v tom, že oddělení světelných toků je dosaženo buz zařazením sekce prostorové filtrace s ciikrockopickým objektivem a e cltncri, nebo zařazením, hranolu s přídavným vnítřnír. objektivem e s polarizační::: nebo dichroickým hranolem. V čtou případech je oddělení světelných toká dosaženo o velkým počten optických prvků. V prvém případě je další nevýhodou nutnost oddělení - přijímací části anemometru od vysílací části s následnou nutností mechanického spřažení sekce prostorové filtrace se sekcí dělení vysílaného paprsku při otáčení dvojicí optických sond. druhém případě js sice možno zachovat souosost vysílací a přijímací části, avšak další nevýhodou je zavedení vysílaného paprsku do anemometru svétlovodným vláknem, včetně jeho výstupní optiky.Hitherto known bifocal anemometers for measuring the velocity of fluids are arranged in this way. that from a light source, usually a laser, a beam of light enters the light beam splitting section, passes through the inner objective and the objective of the anemometer, in the focus of which it forms two optical probes lying close to each other. As the fluid-entrained tracking particle passes through the two optical probes, the light scattered by the particle is received by the anemometer lens, divided into separate luminous fluxes from the two optical probes, and detected separately by a pair of photodetectors. The disadvantage of the hitherto known two-focal anemometers is the arrangement of the optics, which achieves the distribution of the light scattered by the particle into separate luminous fluxes from the two ethnic probes. This disadvantage lies in the fact that the separation of the luminous fluxes is achieved either by including a section of spatial filtration with a microscopical objective and a clitoris, or by including a prism with an additional inner. an e-lens with a polarizing :: or dichroic prism. In reading cases, the separation of light fluxes is achieved by a large number of optical elements. In the first case, another disadvantage is the need to separate - the receiving part of the anemometer from the transmitting part with the subsequent need to mechanically couple the spatial filtration section with the section of the transmitted beam division when rotating a pair of optical probes. In the latter case, it is possible to maintain the coaxiality of the transmitting and receiving parts, but another disadvantage is the introduction of the transmitted beam into the anemometer by a fiber optic fiber, including its output optics.

Uvedené nevýhody odstraňuje dvoj ohniskový laserový anemometr pro měřeni rychlosti tekutin, sestávající z elektronické části, z laseru a z optické části obsahující sekci děleni laserového paprsku, vnitřní objektiv, objektiv anemometru, zrcadlo zpětné detekce s otvorem a sákci detekce optických signálů podle vynálezu, kterého podstata spočívá v tom, že mezi vnitřní objektiv a zrcadlo zpětné detekce s otvorem je zařazena sekce děleni laserového paprsku. Mezi vnitřní objektiv a objektiv anemometru je výhodně umístěna clona prostorové filtrace.The above-mentioned disadvantages are eliminated by a dual-focal laser anemometer for measuring the velocity of fluids, consisting of an electronic part, a laser and an optical part comprising a laser beam splitting section, an internal lens, an anemometer lens, a back detection mirror and an optical signal detection bag according to the invention. in that a laser beam splitting section is included between the inner lens and the aperture mirror with the aperture. A spatial filtration screen is preferably located between the inner lens and the anemometer lens.

Výhodou dvoj ohniskového laserového anemometru podle vynálezu je zejména snížený počet optických prvků a'jejich uspořádání, které vytváří souosost vysílaných paprsků a světelných toků, rozptýlených částicí. Navržené uspořádáni optiky odstraňuje jednak nutnost mechanického spřažení při otáčení dvojicí optických sond a jednak nahrazuje řešeni souososti s použitím světlovodné vláknové optiky, která vyžaduje přídavné optické prvky, což je nákladné.The advantage of the dual-focal laser anemometer according to the invention is in particular the reduced number of optical elements and their arrangements, which create a coaxiality of the transmitted rays and light fluxes scattered by the particles. The proposed arrangement of the optics eliminates both the need for mechanical coupling when rotating a pair of optical probes and replaces the alignment solution using fiber optic optics, which requires additional optical elements, which is expensive.

Příklad provedeni podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkresu.An exemplary embodiment according to the invention is schematically shown in the accompanying drawing.

Za laser je zařazeno zrcadlo 3. zpětné detekce s otvorem, sekce dělení 4 laserového paprsku, dále je vnitřní objektiv £ a objektiv 7 anemometru. Optické sondy 23 a 24 jsou v prostoru proudící tekutiny, jejíž směr prouděni je vyznačen šipkou 11. Sekce detekce 8 je zařazena za zrcadlem 2 zpětné detekce s otvorem. Mezi vnitřní objektiv ti a objektiv 7 anemometru je umístěna clona 6 prostorové filtrace.Behind the laser there is a mirror 3 of the back detection with an opening, a section of the division 4 of the laser beam, further there is an internal objective £ and an objective 7 of the anemometer. The optical probes 23 and 24 are in the space of the flowing fluid, the flow direction of which is indicated by the arrow 11. The detection section 8 is arranged behind the rear detection mirror 2 with an opening. A spatial filtration screen 6 is placed between the inner objective ti and the objective 7 of the anemometer.

Při zapnutí laseru .1 paprsky 21 a 22 vytvoří po průchodu optickou soustavu v ohnisku objektivu 7 anemometru obraz na dvojici optických sond 23 a 24. částice obsažené v proudící tekutině li, která proletí oběma optickými sondami 23.24 vyšlou dvojici rozptylových světelných toků, jejichž časový interval spolu se vzdálenosti obou optických sond 23, 24 určuje měřenou hodnotu složky vektoru rychlosti tekutiny. Prostorová část rozptylových světelných toků vymezená paprsky 231, 232 a 241, 242 je přijímána objektivem 7 anemometru. Po průchodu sekcí dělení 4 laserového paprsku je svazek rozptylových světelných toků odkloněn zrcadlem 3. zpětné detekce s otvorem do sekce detekce 8. V závislosti na volbě kódováni rozptylových toků, například spektrálně,polarizačně a podobně. Ue voleno odpovídající dekódování v sekci detekce 8. Clona 6 prostorové filtrace zařazená v ohniskové rovině vnitřního objektivu 5 odstraňuje parazitní světlo, přicházející do soustavy z okolí optických sond 23 a 24.When the laser .1 is switched on, the rays 21 and 22, after passing through the optical system in the focus of the anemometer objective 7, form an image on a pair of optical probes 23 and 24. together with the distance of the two optical probes 23, 24, it determines the measured value of the component of the fluid velocity vector. The spatial part of the scattering luminous fluxes defined by the rays 231, 232 and 241, 242 is received by the objective 7 of the anemometer. After passing through the laser beam splitting sections 4, the scattering light flux beam is deflected by the back detection mirror 3 with an opening into the detection section 8. Depending on the choice of coding of the scattering fluxes, for example spectrally, polarizing and the like. The corresponding decoding is selected in the detection section 8. The spatial filtering screen 6 arranged in the focal plane of the inner objective 5 removes parasitic light coming into the system from the vicinity of the optical probes 23 and 24.

CS 267 979 BlCS 267 979 Bl

- 2 Pro elektronickou část dvoj ohniskového laserového anemometru lze s výhodou použit sekce detekce rozptylových světelných toků a procesory signálů, které se vyrábějí pro komerční laserové anemometry.- 2 For the electronic part of a dual-focal laser anemometer, scattering light flux detection sections and signal processors, which are manufactured for commercial laser anemometers, can be advantageously used.

Vynález je možno s výhodou využit v mechanice tekutin, zejména v lopatkových strojích, v uzlech leteckých motorů, v hydraulických strojích, v míchadlech, popřípadě v biotechnologii a biomechanice.The invention can be advantageously used in fluid mechanics, in particular in paddle machines, in aircraft engine units, in hydraulic machines, in agitators, or in biotechnology and biomechanics.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A dual-focal laser anemometer for measuring fluid velocities, comprising an electronic part, a laser and an optical part, comprising a laser beam splitting section, an internal objective, an anemometer lens, a back detection mirror with an aperture and an optical signal detection section, characterized in that between an inner objective (5) and a re-detection mirror (3) with an aperture include a laser beam splitting section (4).

2. A dual-focal laser anemometer according to claim 1, characterized in that a spatial filtration screen (6) is arranged between the inner objective (5) and the objective (7) of the anemometer.