HU187135B

HU187135B - Method and apparatus for detecting velocity or distribution of velocity in mediums

Info

Publication number: HU187135B
Application number: HU196482A
Authority: HU
Inventors: Aladar Czitrovszky; Peter Jani; Norbert Kroo; Jozsef Windberg
Original assignee: Mta Koezponti Fiz Kutato Intez
Priority date: 1982-06-17
Filing date: 1982-06-17
Publication date: 1985-11-28

Abstract

A találmány szerinti eljárás során a közeget egy ismert fényintezitás-eloszlást mutató struktúrán vezetjük keresztül. A közegben levő szórócentrumokon szórt fényt fotonszámlálással érzékeljük. Az érzékelés során létrejövő fotoelektron impulzusok számát változtatható időállandóval integráljuk, majd egy amplitúdó küszöbérték elérésekor impulzust képezünk, mérjük a szomszédos impulzusok közötti időintervallumokat, megállapítjuk ezek gyakorisági eloszlását. Az eloszlásmaximumokhoz tartozó időkből és amplitúdókból a fényintenzitáseloszlás ismeretében meghatározzuk a sebességet, illetve a segességeloszlást. A javasolt berendezés optikai nyalábformáló egységgel ellátott fényforrást és fotondetektort tartalmaz. A fotondetektor kimenete változtatható időállandójú integrátoron és amplitúdó diszkriminátoron át időmérő egység bemenetére van kapcsolva. Az időmérő egység kimenete analizátor bemenetére csatlakozik. ÁRAMLÁS 9 3. ábra -1-In the process according to the invention, the medium is passed through a structure having a known light intensity distribution. Spray light scattered on the spray centers in the medium is detected by photon counting. The number of photoelectron impulses generated during sensing is integrated with a variable time constant, and when an amplitude threshold is reached, a pulse is generated, time intervals between adjacent impulses are measured, and their frequency distribution is determined. From the times and amplitudes associated with the distribution maxima, the velocity and the aid distribution are determined by the light intensity distribution. The proposed apparatus comprises a light source and a photon detector equipped with an optical beam forming unit. The output of the photodetector is connected to a timer unit input via a variable-time integrator and amplitude discriminator. The timer unit output is connected to the analyzer input. FLUID 9 Figure 3 -1-

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés sebesség vagy sebességeloszlás mérésére közegekben, például folyadékokban, gázokban, vagy szilárd felületeken szórócentrumok által szórt fényből származó impulzusok időintervallum eloszlása alapján.The present invention relates to a method and apparatus for measuring velocity or velocity distribution in media, such as liquids, gases, or solid surfaces, based on the time interval distribution of light pulses emitted by scattering centers.

Mint ismeretes, a lézerek méréstechnikai térhódítása során lehetőség nyílt folyadékok és gázok, valamint szilárd felületek sebességének mechanikai kontaktusmentes mérésére. E mérések alapját az képezi, hogy a folyadékokban vagy gázokban, illetve szilárd felületeken természetes vagy mesterséges úton felvitt parányi részecskék fény hatására mint szóró centrumok szerepelnek, melyek mozgásuk következtében megváltoztatják a rájuk eső fény tulajdonságait (Doppler-effektus), melyet alkalmasan detektálni lehet. Az ilyen lézer-Doppler sebességmérők optikai jelfeldolgozása szempontjából számos eljárás vált ismeretessé. A három leginkább elterjedt módszert, pl. a D1SA (Dánia) és a MALVERN (Egyesült Királyság) cégek gyártmányismertetőiből, illetve pl. Órain: The Laser Doppler Technique (John Willey and Sons 1978.) c. könyvéből lehet megismerni. E három módszer a következő:As is known in the art of laser detection, it is possible to measure the velocity of open liquids and gases, as well as the non-contact mechanical velocity of solid surfaces. The basis of these measurements is that small particles, naturally or artificially applied to liquids, gases or solids, act as scattering centers under the influence of light, which change their properties of light (Doppler effect), which can be detected properly. Numerous methods have become known for optical signal processing of such laser Doppler speedometers. The three most common methods, e.g. from D1SA (Denmark) and MALVERN (United Kingdom) product brochures, or Órain: The Laser Doppler Technique (John Willey and Sons 1978.) c. from her book. These three methods are:

a) sebesség mérése frekvencia követés segítségével,(a) speed measurement using frequency tracking,

b) burst (v. ciklus) korrelátor,(b) burst (or cycle) correlator,

c) foton korrelációs módszer.c) photon correlation method.

A frekvencia követés lényege abban áll, hogy a Doppler frekvencián modulált jelet analóg módon detektálják és a modulációs frekvenciából ismert módon visszaszámítják a sebességet. A módszer nagyon fényigényes, és a folytonos jel elérése érdekében szigorú megkötések vannak a részecskék koncentráció- és méreteloszlására vonatkozóan. További hátrány, hogy a módszer önmagában csak a pillanatnyi sebességet méri, igy alkalmazásánál külön kell gondoskodni a sebességeloszlás kiértékelésének lehetőségéről.The essence of frequency tracking is that the signal modulated on the Doppler frequency is detected analogously and the rate is converted from the modulation frequency in a known manner. The method is very light intensive and there are strict restrictions on the concentration and size distribution of the particles to achieve a continuous signal. A further disadvantage is that the method itself only measures the instantaneous velocity, so that when applying it the possibility of evaluating the velocity distribution has to be provided separately.

A burst (v. ciklus) korrelátorok az egy részecske által a mérőtérfogatból szórt fény feldolgozásán alapszanak. A módszer az optikai jelnek egy előre beállított szinten való N-szeri áthaladásához tartozó időt méri és ebből ismert módon számítja a sebességet. Nagy jel/zaj viszonya ellenére jelentős hátránya a módszernek a frekvencia követési módszert is meghaladó fényigénye, valamint az a gyakorlati nehézség, hogy a mérés alatt csak egy szórócentrum tartózkodhat a mérőtérfogatban. A rendszer itt is csak pillanatnyi sebességet mér.Burst (or cycle) correlators are based on the processing of light emitted from a measuring volume by a particle. The method measures the time taken for an optical signal to travel through a preset level N times and calculates its speed from a known method. In spite of the high signal-to-noise ratio, a significant drawback of the method is the need for light beyond the frequency tracking method, and the practical difficulty of having only one spray center in the measurement volume during measurement. Here, the system only measures the instantaneous speed.

A foton korrelációs módszer a detektorra eső fotonokat számlálja és az időegység alatt (sampling time) beeső fotonok korrelációs függvényét képezi. E korrelációs függvény periódusideje egyenletes áramlás esetén megegyezik a Doppler frekvenciával, amiből a sebesség ismert módon meghatározható. A módszer fényérzékenysége az elvileg lehetséges határig meg van növelve az egyfotonos detektálás következtében. A begyűjtött korrelációs függvény a sebességeloszlás információit tartalmazza, és a korrelációs függvény Fourier transzformálásával az meghatározható, ugyanakkor gyakorlati megvalósításában a korrelátor bonyolult.The photon correlation method counts photons falling on the detector and plots the correlation function of the photons incident during the sampling time. The period of this correlation function at constant flow is the same as the Doppler frequency from which the velocity can be determined in a known manner. The sensitivity of the method to light is increased to the limit possible due to single-photon detection. The collected correlation function contains velocity distribution information, and the Fourier transform of the correlation function can be used to determine, but at the same time practical, the correlator is complex.

A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség kiküszöbölése és olyan eljárás és berendezés kidolgozása, mely lehetővé teszi viszonylag kisméretű lézerrel (kisteljesítményű), a szórócentrum részecskék méretére és koncentrációjára tett jóval enyhébb kikötések mellett a sebesség illetve sebességeloszlás explicit meghatározását.It is an object of the present invention to overcome all of the difficulties outlined above and to provide a method and apparatus that allows for the explicit determination of velocity and velocity distribution with relatively small laser (low power), much smaller constraints on the size and concentration of the scattering particles.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a sebességeloszlás információt megkapjuk, ha fotonszámlálás üzemmódban detektáljuk az ismert periodikus struktúrát mutató megvilágító térfogaton áthaladó szórócentrumok által kibocsátott fényt, majd az így kialakult foto-elektron impulzusokból a szomszédos párok közti időintervallumok gyakorisági eloszlását mérjük, és a kielégítő statisztikus pontosság elérése után az eloszlásmaximumokhoz tartozó időkből és amplitúdókból meghatározzuk a sebességet, ill. a sebességeloszlást.The present invention is based on the discovery that velocity distribution information is obtained by detecting light emitted by scattering fluxes passing through a luminous volume of known periodic structure in photon counting mode, and from the resulting photon-electron pulses to determine the frequency intervals between adjacent pairs, Once the statistical accuracy has been achieved, the velocity and / or amplitude are determined from the times and amplitudes of the distribution maxima. the speed distribution.

A találmány szerinti eljárás tehát az ismertetett eljárásoktól abban tér el, hogy a sebesség kiértékelését közvetlenül megkapjuk megfelelően kiválasztott fotoelektron impulzusok közti időintervallumok gyakorisági eloszlásának kiértékeléséből.The method according to the invention thus differs from the methods described in that the rate evaluation is obtained directly from the evaluation of the frequency distribution of time intervals between appropriately selected photoelectron pulses.

A találmány szerinti eljárás során a közeget egy ismert fényintenzitás-eloszlást mutató struktúrán vezetjük keresztül. A közegben levő szórócentrumokon szórt fényt fotonszámlálással érzékeljük. Az érzékelés során létrejövő fotoelektron impulzusok számát változtatható időállandóval integráljuk, majd egy amplitúdó küszöbérték elérésekor impulzust képezünk. Mérjük a szomszédos impulzusok közötti időintervallumokat, megállapítjuk ezek gyakorisági eloszlását, továbbá az eloszlásmaximumokhoz tartozó időkből és amplitúdókból a fényintenzitás-eloszlás ismeretében meghatározzuk a sebességet, illetve a sebességeloszlást.In the process of the present invention, the medium is passed through a structure having a known luminous intensity distribution. The light scattered at the scattering centers in the medium is detected by photon counting. The number of photoelectron pulses generated during sensing is integrated with a variable time constant, and a pulse is formed when an amplitude threshold is reached. The time intervals between adjacent pulses are measured, their frequency distribution is determined, and the velocity and velocity distribution are determined from the times and amplitudes of the distribution maxima, knowing the distribution of light intensity.

A javasolt berendezés optikai nyalábformáló egységgel ellátott fényforrást és fotondetektort tartalmaz. A fotondetektor kimenete változtatható időállandójú integrátoron és amplitúdó diszkriminátoron át időmérő egység bemenetére van kapcsolva. Az időmérő egység kimenete analizátor bemenetére csatlakozik.The proposed apparatus comprises a light source equipped with an optical beamformer and a photodetector. The output of the photodetector is connected to a timer unit input via a variable time constant integrator and an amplitude discriminator. The timer unit output is connected to the analyzer input.

A találmány értelmében célszerű, ha az integrátor után kialakult formált jeleket K darab (legalábbAccording to the invention, it is desirable that the formed signals formed after the integrator are K (at least

1) időzítő kapun keresztül vezetjük. Az időzítés különböző üzemmódok beállítását teszi lehetővé.1) driven through a timing gate. The timer allows you to set different modes.

A találmány értelmében célszerű továbbá, ha az időmérést 1,2,3.. .K darab párhuzamosan kapcsolt időmérővel végezzük, melyek külső vezérlés hatására meghatározott sorrendben lépnek működésbe. Célszerű elrendezés továbbá az, hogy az i- 1-dik időmérő egység leállító bemenete össze van kapcsolva az i-dik időmérő egység indító bemenetével. Célszerű továbbá, ha a kapuvezérlés biztosítani tudja a következő üzemmódokat:According to the invention, it is also expedient to carry out the timing by means of 1,2,3 ... .K parallel timers which are actuated in a specific order by external control. It is also desirable to arrange that the stop input of the timer unit i-1 is coupled to the start input of the timer unit i. It is also advisable if the gate control can provide the following modes:

a) minden egyes szomszédos impulzus közti időintervallum begyűjtésre (mérésre) kerül,a) the time interval between each adjacent pulse is collected (measured),

b) minden egyes értelmezett impulzus után beállítható mértékű késleltetés (aktuálisan tiltás) következik és az ezt követő első impulzus az új értelmezett impulzus,b) after each perceived pulse there is an adjustable delay (currently disabled) and the next first pulse is the new perceived pulse,

c) minden különálló párhuzamosan kapcsolt időmérőre külön szabályozható mértékű késleltetés állítható be.(c) each individually timed parallel timer shall have a separately adjustable time delay.

A találmány értelmében célszerű továbbá, ha az időmérők adatait előfordulási gyakoriságuk szerintIn accordance with the present invention, it is also desirable to provide timer data according to their frequency

187 135 gyűjtjük és a gyakorisági maximumok helye és amplitúdója alapján meghatározzuk a sebességet és/vagy sebességeloszlást.187 135 is collected and determined by the location and amplitude of the frequency peaks, and the velocity and / or velocity distribution is determined.

A találmányt a továbbiakban példák és rajzok alapján ismertetjük részletesebben. A rajzokon azThe invention will now be described in more detail by way of examples and drawings. In the drawings it is

1. ábra az ismert Laser Doppler sebességmérés elvi elrendezése, aFigure 1 is a schematic layout of the known Laser Doppler speed measurement, a

2. ábra egy ismert digitális korrelátor vázlata, aFigure 2 is a diagram of a known digital correlator, a

3. ábra a találmány szerinti berendezés egy célszerű kiviteli alakja, aFigure 3 is a preferred embodiment of the apparatus of the invention, a

4. ábra a találmány szerinti berendezés egy másik kiviteli alakja, és azFig. 4 is a view of another embodiment of the apparatus of the present invention;

5. ábra forgó üvegtárcsán mért példakénti időintervallum gyakorisági eloszlás.Figure 5 is an exemplary frequency distribution of rotating glass discs.

Az 1. ábrán a Laser Doppler sebességmérés egy mintakénti általános elvi elrendezését és működését szemléltetjük. Az 1 fényforrással előállított megvilágító lézernyaláb a 2 optikai nyalábformáló egységbe kerül, ahonnan egymással szöget bezáró és konstruktív interferenciát alkotó nyalábok lépnek ki. A nyalábok kereszteződése a sebességmérés térbeli pontjában jön létre. A 3 optikán keresztül ezt a pontot látja a 4 fotondetektor, előnyösen egy digitális fotoelektron sokszorozó, mely a mérőrendszer detektoraként szerepel. A 4 fotondetektor jelét a digitális 5 korrelátor dolgozza fel (jelen esetben). Az ábra A betétje a nyaláb keresztezési pont nagyított képét mutatja, ahol látható az optikai csíkrendszer. Az áramlásban résztvevő részecskék a csíkokon való áthaladásuk során felvillanásokat okoznak. E felvillanások következménye a 4 fotondetektornak a B betéten látható kimeneti impulzussora, a t idő függvényében ábrázolva.Figure 1 illustrates a general conceptual layout and operation of the Laser Doppler Speed Measurement. The illuminating laser beam produced by the light source 1 enters the optical beamformer unit 2, from which the beams are angled and form constructive interference. The intersection of the beams occurs at the spatial point of the velocity measurement. Through the optics 3, this point is seen by the photodetector 4, preferably a digital photoelectron multiplier, which acts as a detector for the measuring system. The signal of the photodetector 4 is processed by the digital correlator 5 (in this case). The inset A of the figure shows an enlarged view of the beam crossing point, showing the optical strip system. The particles in the flow cause flashes as they pass through the strips. The result of these flashes is a series of output pulses of the photodetector 4 shown on the insert B, plotted against time t.

A 4 fotondetektor kimenő impulzussorának feldolgozására szolgáló ismert digitális 5 korrelátort szemlélteti a 2. ábra. Az ábra baloldalán nyíllal megjelölt helyen lépnek be az impulzusok. Ezek egyrészt közvetlenül az 51 ÉS-kapukra kerülnek, másrészt ismert módon clippelt jelet képeznek belőlük. A clippelés módja lehet például az, hogy az 52 clippgenerátor kimenetén logikai „l”-et képeznek, ha a mintavételi idő alatt (sampling time) beérkezett impulzusszám az átlag rate-nél magasabb volt és logikai „O”-át képeznek, ha alacsonyabb volt. Ezen 1-ek és 0-ák sorozata kerül az 53 shift regiszterbe, és az órajelek hatására mintavételi időnként shiftelődik és kapuzódik az 51 ÉS-kapukon az aktuálisan beérkező impulzusokkal. Az 51 ÉS-kapuk kimenetét az 54 tárolókba vezetik. Az 54 tárolók tartalma N ciklusnyi gyűjtés után a nem normált korrelációs függvény N minta alapján vett becslését (estimator) tartalmazza. A korrelációs függvény megjelenítésével egyszerűbb esetben (lamináris áramlás) ismert módon közvetlenül meghatározható a sebesség. Turbulens áramlásnál a korrelációs függvény Fourier transzformációjára van szükség.A known digital correlator 5 for processing the output pulse train of the photodetector 4 is illustrated in FIG. The pulses enter the location marked with an arrow on the left of the figure. These, on the one hand, are placed directly on the AND gates 51 and, on the other hand, form a clipped signal therefrom. For example, the method of clipping may be to produce a logical "l" at the output of the clipper generator 52 if the number of pulses received during the sampling time was higher than the average rate and formed a logical "O" if it was lower. . A series of these 1's and 0's are placed in the shift register 53 and, as a result of the clock signals, are shifted and gated at the AND gates 51 with current incoming pulses. The output of AND gates 51 is fed into the storage 54. The contents of the containers 54 after N cycles of collection contain an estimator of the non-normalized correlation function based on N samples. By displaying the correlation function in a simpler case (laminar flow), the velocity can be directly determined in a known manner. In turbulent flow, a Fourier transformation of the correlation function is required.

A 3. ábra a találmány szerinti sebességmérést szemlélteti. A sebességmérő rendszer fényforrása és optikai rendszere hasonló a korábbról ismert Lézer Doppler sebességmérőkével. A sebesség információt itt is a szórócentrumokról a mérőtérfogatból szórt fény tartalmazza. Ezt a fényt a 4 fotondetektor, célszerűen fotoelektron-sokszorozó (multiplier) detektálja oly módon, hogy a beérkező fotonokból ismert módon elektromos impulzusokat állít elő (1. ábra B betét). Tekintettel az impulzus képzés statisztikus jellegére (kvantum hatásfok), elektromos impulzus azokban a pillanatokban fog nagyobb valószínűséggel megjelenni, amikor a 4 fotondetektort több fény éri, azaz amikor szórócentrum tartózkodik az interferencia csíkrendszer világos pontján. A találmány lényege tehát az, hogy ha megfelelő megvilágítási és szórási feltételeket ismert módon (szűrők, blendék) biztosítunk, akkor elégséges a 4 fotondetektor szomszédos impulzusai közti időket figyelni, melyek nagy valószínűséggel egy adott szórócentrumnak a csíkrendszer szomszédos maximum intenzitású pontjaihoz tartoznak. Ha tehát a 4 fotondetektor szomszédos impulzusai közti intervallumnak statisztikus gyakorisági eloszlását mérjük, akkor az eloszlásfüggvényen maximumot észlelünk azoknál az időknél, amelyek a szórócentrum maximumokon való áthaladásához tartozó időket jellemzik. Tekintve, hogy a csíkok (1. ábra A betét) közti maximumhelyek térbeli távolsága ismert, a hozzá tartozó időből a sebesség meghatározható.Figure 3 illustrates a speed measurement according to the invention. The light source and optical system of the speed measuring system are similar to the laser Doppler speed meters known previously. Here, too, the speed information is contained in the light scattered from the measuring volume at the spray centers. This light is detected by a photodetector 4, preferably a multiplier, by generating electrical impulses from the incoming photons in a known manner (insert B in Figure 1). Given the statistical nature of the pulse training (quantum efficiency), an electrical pulse will be more likely to occur at the moments when the photodetector 4 is exposed to more light, i.e., when the scattering center is at a bright point on the interference strip system. The essence of the invention is that, if proper illumination and scattering conditions are provided in known manner (filters, blends), it is sufficient to observe the times between adjacent pulses of the photodetector 4, which are likely to belong to adjacent maximal intensity points of a stripe system. Thus, if the statistical frequency distribution of the interval between adjacent pulses of the photodetector 4 is measured, then a peak in the distribution function is observed for the times that the scattering center passes the peaks. Given that the spatial distance between the maximum locations between the strips (Figure 1 A) is known, the velocity can be determined from the time involved.

A berendezés 3. ábrán látható kiviteli alakjánál a 4 fotondetektor kimenete a változtatható időállandójú 6 integrátoron, a 7 amplitúdó diszkriminátoron, a 9 kapuvezérlő áramkörrel ellátott 8 kapurendszeren és a 10 időmérő egységen át a 11 analizátorral van összekötve. A 10 időmérő egység „Start” indító és „Stop” leállító bemenettel rendelkező, több párhuzamosan kapcsolt 101, 102.. .10 K időmérőt tartalmaz, amelyek mindegyikének „Stop” leállító bemenete és a következő 10, 102...10 K időmérő „Start” indító bemenete a 8 kapurendszer egy-egy kapuján át csatlakozik a 7 amplitúdó diszkriminátor kimenetére. Az utolsó 10 K. időmérő „Stop” leállító bemenete össze van kötve az első 101 időmérő „Start” indító bemenetével. A 101, 102...10 K. időmérők kimenete a 11 analizátorra csatlakozik, amely az ábrázolt esetben a 112 memóriával és a 113 I/O egységgel ellátott 111 processzort tartalmazza.3, the output of the photodetector 4 is connected to the analyzer 11 via the variable time integrator 6, the amplitude discriminator 7, the gate system 8 with the gate control circuit 9 and the timing unit 10. The timer unit 10 comprises a plurality of parallel timers 101, 102 ... .10 K having "Start" and "Stop" stop inputs, each having a "Stop" stop input and the following timer 10, 102 ... 10 K ". The start input of the Start is connected to the output of the amplifier discriminator 7 through one of the gates of the gate system 8. The "Stop" input of the last 10K timers is connected to the "Start" input of the first 101 timers. The output of the timers 101, 102 to 10K is connected to the analyzer 11, which in this case contains a processor 111 having a memory 112 and an I / O unit 113.

A 3. ábrán látható berendezés működése a következő: A 4 fotondetektor jele egy változtatható időállandójú 6 integrátorra kerül. Az időállandót úgy állítjuk be, hogy az a várható (becsült) Doppler ciklusidőhöz képest kicsi legyen, de ugyanakkor jelentős jel/zaj növekedést eredményezzen. Az integrálási idő bevezetése azt jelenti, hogy csak olyan részecskék szólaltatják meg (indítják meg és állítják le) az időmérő rendszert, melyekről az interferencia csíkrendszerből kellő mennyiségű fény (foton) szóródott a 4 fotondetektor irányába. Ha tehát a 4 fotondetektorból kilépő impulzussűrüség elér egy küszöbértéket, a 7 amplitúdó diszkriminátor működésbe lép és ismert módon kiad egy impulzust. Ez az impulzus a 8 kapurendszerre kerül, ahol az érvényes üzemmódnak megfelelően vagy áthalad valamelyik kapun (kapukon) vagy nem. Vegyük a legegyszerűbb üzemmódot, amikor minden egyes diszkriminátor-ímpulzus értelmezve van, azaz egy mérést leállít, illetve elindít. Ilyenkor a 9 kapuvezérlő áramkör minden egyes diszkriminátor-impulzus hatására a következő kaput zárja, az aktuálisan zártat pedig nyitja, és a folyamat a K-dik kapu után ciklikusan ismétlődik. A 10 időmérő egység 101,The operation of the apparatus shown in Figure 3 is as follows: The signal of the photodetector 4 is applied to an integrator 6 with a variable time constant. The time constant is set so that it is small relative to the expected (estimated) Doppler cycle time, but at the same time results in a significant increase in signal / noise. The introduction of the integration time means that only the particles that have received enough light (photon) from the interference strip system towards the photodetector 4 will sound (start and stop) the timing system. Thus, when the pulse density exiting the photodetector 4 reaches a threshold value, the amplifier discriminator 7 operates and emits a pulse in a known manner. This pulse is transmitted to the gate system 8, where it passes through one or more gates (s) according to the current mode. Consider the simplest mode in which each discriminator pulse is interpreted, ie it stops or starts a measurement. In this case, the gate control circuit 9 closes the next gate after each discriminator pulse and opens the current gate, and the process is repeated cyclically after gate K. The timing unit 10 is 101,

187 135187,135

102.. .10 K időmérői a „Start” indító bemeneten megjelenő impulzus hatására lépnek működésbe és a „Stop” leállító bemeneten megjelenő impulzusig tartó időt mérik. A 10 időmérő egység az indító és a leállító jelek közti időnek megfelelő analóg vagy digitális jeleket ad ki a kimenetén. Könnyen belátható, hogy a vázolt gyűjtési móddal nagy megbízhatóssággal telítésmentes üzemeltetés érhető el. Ez alatt azt értjük, hogy új időmérés indítása az i-dík 101, 102...10 K időmérőben nincs akadályozva az ¹⁰előző ciklusból föl nem dolgozott mérési adat által.102 .. .10 K timers are triggered by a pulse on the "Start" input and the time to the pulse on the "Stop" input. The timing unit 10 outputs analog or digital signals corresponding to the time between the start and stop signals. It will be readily appreciated that the collection method outlined above can be used with high reliability for unsaturated operation. By this we mean that the start of a new timer in the i-charge timer 101, 102 ... 10 K is not prevented by measurement data not processed from the previous ¹⁰ cycles.

A 10 időmérő egység jeleit statisztikus gyakoriságuk szerint analizáljuk a 11 analizátorral, mely pl. egy alkalmasan programozott kisszámítógép vagy sokcsatornás analizátor lehet. A Doppler-ciklus rendszámával (2, 3, 4... stb. maximum hely a gyakorisági görbén) a felbontás is lineárisan nő, mivel 2-szer, 3-szor ... stb. nagyobb úthoz tartozó időt mérünk ugyanolyan pontossággal. Ily módon, viszszatérve a 3. ábrához, érthető, hogy lehetőséget kell ²biztosítani a késleltetett üzemmódú méréshez. Ilyen mérést el lehet végezni pl. a következő módon. Alapüzemmódban (minden impulzus értelmezve van) viszonylag durván meghatározzuk a sebességet az első gyakorisági maximum helye alapján. ²⁵Ezután késleltetett üzemmódra térünk át oly módon, hogy az időmérés Stop jelét csak Ν/ω (N = 3,The signals of the timing unit 10 are analyzed by their statistical frequency with the analyzer 11, e.g. a suitably programmed small computer or multi-channel analyzer. With the number of the Doppler cycle (2, 3, 4 ... etc. Maximum space on the frequency curve), the resolution increases linearly as it is 2 times, 3 times ... etc. we measure the time for a larger trip with the same accuracy. In this way, returning to Figure 3, it will be appreciated that it must be possible to provide a delay mode ² measurement. Such a measurement can be performed e.g. in the following way. In the basic mode (all pulses are interpreted), the speed is relatively roughly determined based on the location of the first frequency maximum. ²⁵ We then switch to delayed mode such that the stop signal of the timer is only Ν / ω (N = 3,

4.. . stb. és ω a Doppler-frekvencia) idő múlva engedélyezzük. Ez azt eredményezi, hogy a korábbi maximumokból érkező impulzusok a mérést nem ³⁰állíthatják le. A működés tehát így valósul meg: az i-dik kapun érvényes impulzus érkezik a 101,4 ... etc and ω the Doppler frequency) will be enabled over time. This means that impulses from the previous maximum of ³⁰ may be made from the measurement down. So, the operation is implemented as follows: a valid impulse is received at gate 101,

102.. .10 K időmérők közül az i-dik és i + l-dik időmérőre. Az impulzus elhaladtával minden kapu nyitva, majd Ν/ω idő múlva zár az i+ 1-dik kapu, ³⁵az ezt követő első impulzus leállítja az i-t- 1-dik időmérőt, és így tovább. Ily módon a rendszer eleve az N, N+ 1, N + 2... maximumhoz tartozó időintervallumokat méri. Ezeken a helyeken a felbontás N-szer, N + 1-szer, N + 2-szer nagyobb, és a gyako- ⁴⁰risági eloszlást displayre vetítve a sebességeloszlás közvetlenül leolvasható (látható).102 .. .10 of the K timers for the i-th and i + 1-timers. The pulse elhaladtával later each gate is open, and Ν / ω closing time of the i + 1-th gate, the first pulse ³⁵ subsequent stop it-1-th timer, and so on. In this way, the system measures the time intervals corresponding to the maximum of N, N + 1, N + 2 .... At these locations, the resolution is N times, N + 1 times, M + 2 times greater and ⁴⁰ gyako- risági distribution projected display the speed distribution read directly (as shown).

Az alábbiakban mérést ismertetünk, mely a 4. ábra alapján volt összeállítva. A méréseket többek között forgó ablaküveg tárcsán végeztük. A tárcsa ⁴⁵bizonyos pontjára volt vetítve az interferencia csíkrendszer. A 4 fotondetektor elé helyezett optikai rendszer 4 — 6 csíkot képzett le a 4 fotondetektorra. A 6 integrátoron beállított integrálási idő 4 psec volt. A 7 amplitúdó diszkriminátor kimenetére 50 csatlakozó 10 időmérő egységként egy CAM.4.17-2 Time to pulse height Convertert használtunk. A kapuzást egyrészt maga a berendezés, másrészt a „Stop” leállító bemeneteta „Start” indító bemenettel összekötő változtatható 12 késleltető 55 biztosította. Rendszerünkben tehát egyetlen időmérőt használtunk. Az időamplitúdó impulzusokat a 11 analizátorként alkalmazott Norland INO— TECH 5300 Multichannel Analiser-en gyűjtöttük.The measurement described below is based on Figure 4. Measurements were made, inter alia, on a rotating window glass disc. The interference strip system was projected at ⁴⁵ points on the dial. The optical system placed in front of the 4 photodetectors mapped 4 to 6 bands on the 4 photodetectors. The integration time set on the 6 integrators was 4 psec. A CAM.4.17-2 Time to pulse height Converter was used as the 10 timing units connected to the output of the amplifier discriminator 7. The gate was provided both by the apparatus itself and by a variable delay 12 55 connecting the "Stop" input of the "Stop" to the "Start" input. So we used a single timer in our system. Time amplitude pulses were collected on a Norland INO-TECH 5300 Multichannel Analyzer used as 11 analyzers.

Az analizátor-display-n az időintervallumok gya- 60 korisági eloszlása volt megfigyelhető. Egy ilyen eloszlást szemléltet az 5. ábra, ahol a vízszintes tengelyen a 11 analizátor csatornaszáma, illetve az ebből megállapítható t idő, a függőleges tengelyen pedig az adott csatornához tartozó N beütésszám 55 van feltüntetve. Az első és második maximum közti idő kb. 34 psec, amiből az interferencia csíkok távolságának ismeretében számítottuk a sebességet. Az így kapott eredmény jól megegyezett a fordulatszámból és a sugárból számítható kerületi sebességgel. Összefoglalva elmondható, hogy a találmány szerinti eljárás és berendezés lehetőséget nyújt a mérendő folyamathoz optimálisan illeszkedő detektálásra az integrálás következtében.The analyzer display showed the frequency distribution of the time intervals. Such a distribution is illustrated in Fig. 5, where the horizontal axis shows the channel number of the analyzer 11 and the time t from which it can be determined, and the vertical axis shows the number of N numbers 55 of the channel. The time between the first and second maximum is approx. 34 psec, from which we calculated the velocity given the distance of the interference strips. The result obtained was in good agreement with the circumferential velocity calculated from the speed and the radius. In summary, the method and apparatus of the present invention provide an opportunity for detection to be optimally matched to the process being measured due to integration.

A javasolt módszerrel a térből (fény) elvileg nyerhető maximális információt lehet begyűjteni és szükséges módon földolgozni.With the proposed method, the maximum information that can be obtained from space (light) can in principle be collected and earthed as necessary.

Sebességmérés szempontjából az e feldolgozás a gyakorisági eloszlás begyűjtését jelenti, mely művelet általában lényegesen egyszerűbb, mint más sebességmérő módszerek.In terms of speed measurement, this processing involves collecting the frequency distribution, which is usually much simpler than other speed measurement methods.

A módszer egyedülálló abból a szempontból, hogy közvetlenül alkalmas a sebességeloszlás megállapítására.The method is unique in that it is directly capable of determining the velocity distribution.

Claims

Patent claims

A method for measuring velocity or velocity distribution in a medium by passing the medium through a structure having a known luminous intensity distribution and detecting light scattered at the scattering centers in the medium by photon counting, characterized in that the number of photoelectron pulses generated during the sensing is when a threshold is reached, a pulse is formed, the time intervals between adjacent pulses are measured, their frequency distribution is determined, and the velocity and velocity distribution are determined from the times and amplitudes of the distribution maxima in light of the distribution of light intensity.

Apparatus for carrying out a method according to claim 1, comprising a light source and a photodetector having an optical beamforming unit, characterized in that the output of the photodetector (4) is variable through a time constant integrator (6) and an amplitude discriminator (7) is connected and the output of the timing unit (10) is connected to the input of the analyzer (11).

An embodiment of the apparatus according to claim 2, characterized in that the timing unit (10) has start and stop inputs, of which the start input (Start) via a delay (12), the stop input (10). Stop) is directly connected to the output of the amplitude discriminator (7).

An embodiment of the apparatus according to claim 2, characterized in that the timing unit (10) comprises a plurality of parallel timers (10, 102 ... 10K) with start and stop inputs, each of which stop input (Stop) of the timer (101, 102 ... 10 K) and the start input (Start) of the next timer (101, 102 ... 10 K) at one of the gates of a gate system (8) with a gate control circuit (9) is connected to the output of the amplifier discriminator (7).