RU150183U1

RU150183U1 - DEVICE FOR VISUALIZATION OF AIR AND DUST FLOWS

Info

Publication number: RU150183U1
Application number: RU2014119211/28U
Authority: RU
Inventors: Станислав Юрьевич Капустин; Иван Григорьевич Мельцаев
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-02-10

Abstract

Устройство для визуализации воздушно-пылевых потоков, содержащее общее основание, на котором последовательно установлены источник лазерного излучения и оптическая система для фокусирования лазерного луча в плоскости исследуемого потока, содержащая коллиматор, и средство регистрации потока, отличающееся тем, что, оптическая система снабжена двояковыпуклой линзой, установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси с фокусированием в плоскости исследуемого потока, коллиматор содержит последовательно установленные отрицательную линзу, обращенную выпуклостью к источнику лазерного излучения, цилиндрическую линзу и двояковыпуклую линзу, склеенную с отрицательным мениском, обращенным выпуклостью к исследуемому потоку, а средство регистрации потока установлено под углом 65-90° к оптической оси, при этом общее основание выполнено вибродемпфирующим.A device for visualizing air-dust flows containing a common base on which a laser radiation source and an optical system for focusing a laser beam in the plane of the studied stream are mounted, comprising a collimator, and a flow registration means, characterized in that the optical system is provided with a biconvex lens, installed with the possibility of movement along the optical axis with focusing in the plane of the studied stream, the collimator contains a sequentially installed negative Yelnia lens convexity facing the source of laser light, a cylindrical lens and a biconvex lens, a negative meniscus glued facing convexity to the test stream, and the flow detection means is set at an angle of 65-90 ° to the optical axis, the common base formed vibration damping.

Description

Полезная модель относится к текстильной промышленности, а именно к экспериментальной аэродинамике текстильных машин и может быть использована для определения динамики распространения воздушных потоков содержащих пыль, сорные примеси и волокно.The utility model relates to the textile industry, namely to the experimental aerodynamics of textile machines and can be used to determine the dynamics of the propagation of air flows containing dust, debris and fiber.

Известна система обнаружения пыли (JP 2007218587 А, 30.08.2007), принятая за прототип содержащая общее основание, на котором установлены источник лазерного излучения и оптическая система для формирования лазерного луча, содержащая коллиматор, и средство регистрации потока, лазерный источник света расположенный в направлении оси х на площади пластины находящейся в корпусе. Развертывающее устройство (оптическая система) отражающее излучающий лазерный луч из лазерного источника света, в осевом направлении у расположенный на площади пластины. Развертывающее устройство действует таким образом, что форма излучающего лазерного луча из лазерного источника света, сканирующего плоскость включающую оси х и у получающая основные команды от контролирующего сканера расположенного на площади пластины. Средство формирования изображения камеры поддерживаются камерой поддержки находящейся на стойке, расположенной на площади пластины. Средство формирования изображения камеры смонтированы вместе с объективом. Объектив коллиматора рассеивает излучение лазерного луча из лазерного источника света на пыли, и средство формирования изображения камеры получают изображения рассеянного света собранного объективом.Known dust detection system (JP 2007218587 A, 08/30/2007), adopted as a prototype containing a common base on which a laser light source and an optical system for generating a laser beam are installed, containing a collimator, and flux registration means, a laser light source located in the axis direction x on the area of the plate located in the housing. A scanning device (optical system) reflecting the emitting laser beam from a laser light source, in an axial direction located on the area of the plate. The scanner operates in such a way that the shape of the emitting laser beam from a laser light source scans the plane including the x axis and y receives basic commands from the control scanner located on the plate area. The camera imaging tool is supported by a support camera located on a rack located on the plate area. A camera imaging tool is mounted with the lens. The collimator lens scatters the laser beam radiation from the laser light source on the dust, and the camera imaging means obtain scattered light images collected by the lens.

Недостатком указанного устройства является невозможность исследовать динамические воздушные потоки содержащие пыль, образующиеся при работе текстильных машин. Поскольку данное изобретение предназначено для определения размера и количества пыли, например в чистой комнате.The disadvantage of this device is the inability to investigate dynamic air flows containing dust generated during the operation of textile machines. Since this invention is intended to determine the size and amount of dust, for example in a clean room.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание устройства для визуализации воздушных потоков возникающих на текстильных машинах содержащих волокно, сорные примеси и пыль.The technical result of the claimed utility model is the creation of a device for visualizing air flows arising on textile machines containing fiber, weed impurities and dust.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для визуализации воздушно-пылевых потоков, содержащем общее основание, на котором последовательно установлены источник лазерного излучения и оптическая система для фокусирования лазерного луча в плоскости исследуемого потока, содержащая коллиматор, и средство регистрации потока, оптическая система снабжена двояковыпуклой линзой установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси с фокусированием в плоскости исследуемого потока, коллиматор содержит последовательно установленные отрицательную линзу, обращенную выпуклостью к источнику лазерного излучения, цилиндрическую линзу и двояковыпуклую линзу, склеенную с отрицательным мениском, обращенным выпуклостью к исследуемому потоку, а средство регистрации потока установлено под углом 65-90° к оптической оси, при этом общее основание выполнено вибродемпфирующим.The specified technical result is achieved in that in a device for visualizing air-dust flows containing a common base on which a laser radiation source and an optical system for focusing a laser beam in the plane of the studied stream, containing a collimator and a flow registration means, are installed, the optical system is provided a biconvex lens mounted with the ability to move along the optical axis with focusing in the plane of the studied stream, the collimator contains after A negative lens, convex to the laser radiation source, a cylindrical lens and a biconvex lens glued with a negative meniscus, convex to the studied flow, and the flow detection means are installed at an angle of 65-90 ° to the optical axis, while the common base is vibration damped .

На фиг. 1 представлена оптическая схема заявленного устройства, на фиг. 2 приведено схематичное изображение заявленного устройства, на фиг. 3 приведена фотография, на которой представлена визуализация воздушного потока содержащего пыль выделяющейся из отверстия устройства для очистки, на фиг. 4 приведена фотография, на которой представлена визуализация движения волокна в воздушном потоке выделяющегося из отверстия устройства для очистки. На фиг. 5 приведена фотография, на которой представлена визуализация движения сорной частицы выделяющейся из отверстия устройства для очистки.In FIG. 1 is an optical diagram of the claimed device, FIG. 2 is a schematic representation of the claimed device; FIG. 3 is a photograph showing a visualization of the air stream containing dust released from the opening of the cleaning device, FIG. 4 is a photograph showing a visualization of the movement of the fiber in the air stream released from the opening of the cleaning device. In FIG. 5 is a photograph showing a visualization of the movement of a weed particle released from an opening of a cleaning device.

Устройство для визуализации воздушно-пылевых потоков, содержит источник лазерного излучения 1, например, газовый лазер непрерывного действия видимого спектра излучения, оптическую систему из четырехлинзового коллиматора 2, содержащего последовательно установленные отрицательную линзу 3, обращенную выпуклостью к источнику лазерного излучения, цилиндрическую линзу 4 и двояковыпуклую линзу 5, склеенную с отрицательным мениском 6, обращенным выпуклостью к исследуемому объекту, и двояковыпуклой линзы 7 установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси с фокусированием в плоскости исследуемого потока. Источник лазерного излучения 1, коллиматор 2 и двояковыпуклая линза 7 установлены на общем вибродемпфирующем основании 8, для исключения искажений в формирующем пучке лазерного излучения в результате работы текстильных машин. Средство регистрации потока 9, например фоторегистратор, видеорегистратор или приемный блок передающий изображение на компьютер, установлено под углом 65-90° к оптической оси.A device for visualizing air-dust flows, contains a laser radiation source 1, for example, a continuous-wave gas laser of the visible radiation spectrum, an optical system from a four-lens collimator 2 containing a negative lens 3 in series, convex to the laser radiation source, a cylindrical lens 4 and a biconvex a lens 5 glued with a negative meniscus 6, convex to the test object, and a biconvex lens 7 mounted with the ability to move along the optical axis with focusing in the plane of the studied flow. The laser radiation source 1, the collimator 2 and the biconvex lens 7 are mounted on a common vibration damping base 8, to eliminate distortions in the forming laser beam as a result of the operation of textile machines. The means for registering the stream 9, for example, a photo recorder, a video recorder or a receiving unit transmitting an image to a computer, is installed at an angle of 65-90 ° to the optical axis.

Устройство для визуализации воздушно-пылевых объектов работает следующим образом. Лазерный луч испускаемый источником лазерного излучения 1 проходя через коллиматор 2: через отрицательную линзу 3, цилиндрическую линзу 4 и двояковыпуклую линзу 5 и склеенный с ней отрицательный мениск 6 образует на выходе плоскопараллельный пучок, который фокусируется в передней фокальной плоскости двояковыпуклой линзы 7 фиг. 1. Световой пучок, проходя через двояковыпуклую линзу 7, преобразуется в расходящийся пучок в вертикальной плоскости и обладает постоянным размером в горизонтальной плоскости. Прошедший световой поток диафрагмирует на пылевых частицах исследуемого воздушно-пылевого потока 10, при этом часть отраженного света попадает в объектив средства регистрации потока 9. Плавная фокусировка лазерного пучка на воздушно-пылевом потоке происходит в результате дифференциального продольного перемещения двояковупуклой линзы 7, которое приводит к изменению расстояния К.A device for visualizing airborne dust objects works as follows. The laser beam emitted by the laser source 1 passing through the collimator 2: through the negative lens 3, the cylindrical lens 4 and the biconvex lens 5 and the negative meniscus 6 glued with it forms a plane-parallel beam at the output, which focuses in the front focal plane of the biconvex lens 7 of FIG. 1. The light beam passing through the biconvex lens 7 is converted into a diverging beam in the vertical plane and has a constant size in the horizontal plane. The transmitted luminous flux diaphragms on the dust particles of the studied air-dust flow 10, while part of the reflected light enters the lens of the registration means of the flow 9. Smooth focusing of the laser beam on the air-dust flow occurs as a result of differential longitudinal movement of the biconvex lens 7, which leads to a change distance K.

В соответствии с предложенным решением был создан экспериментальный образец устройства для исследования воздушно-пылевых потоков на текстильных машинах. В качестве источника излучения использован гелий-неоновый лазер с длинной волны λ=632,8 нм и мощностью 29 мВт.In accordance with the proposed solution, an experimental model of a device for studying air-dust flows on textile machines was created. A helium-neon laser with a wavelength of λ = 632.8 nm and a power of 29 mW was used as a radiation source.

Для регистрации воздушно-пылевых потоков образующихся на текстильных машинах необходимо создать вертикальный расходящийся пучок постоянной ширины в горизонтальной плоскости. Для этого используем систему для непрерывного изменения расходимости. Расходимость излучения из оптической системы определяем по формуле из источника (Пахомов, И.И. Расчет оптических систем лазерных приборов / И.И. Пахомов, А.Б. Цибуля. - М: Радио и связь, 1986. - 152 с).To register the air-dust flows generated on textile machines, it is necessary to create a vertical diverging beam of constant width in the horizontal plane. To do this, we use a system for continuously changing the divergence. The divergence of the radiation from the optical system is determined by the formula from the source (Pakhomov, II Calculation of optical systems of laser devices / II Pakhomov, A.B. Tsibulya. - M: Radio and communications, 1986. - 152 s).

где θ - расходимость лазерного пучка, r_f - радиус сечения пучка в передней фокальной плоскости коллиматора; F - фокусное расстояние двояковыпуклой линзы 7.where θ is the divergence of the laser beam, r _f is the radius of the beam cross section in the front focal plane of the collimator; F is the focal length of a biconvex lens 7.

Посредством регулировки расстояния d от отрицательной линзы 3 до двояковыпуклой линзы 5, склеенной с отрицательным мениском 6, расстояния М от цилиндрической линзы 4 до двояковыпуклой линзы 5, склеенной с отрицательным мениском 6, расстояния К от двояковыпуклой линзы 5, склеенной с отрицательным мениском 6 до двояковыпуклой линзы 7 формируется лазерный пучок имеющий радиус сечения 2r_f=11 мм. После коллиматора 2 установлена двояковыпуклая линза 7 диаметром D=50 мм с фокусным расстоянием F=110 мм. Произведя расчет по формуле (1) получим расходимость лазерного пучка равную 2θ=0,1 рад.By adjusting the distance d from the negative lens 3 to the biconvex lens 5 glued with a negative meniscus 6, the distance M from the cylindrical lens 4 to the biconvex lens 5 glued to the negative meniscus 6, the distance K from the biconvex lens 5 glued to the negative meniscus 6 to the biconvex lens 7, a laser beam is formed having a section radius of 2r _f = 11 mm. After the collimator 2, a biconvex lens 7 with a diameter of D = 50 mm and a focal length of F = 110 mm is installed. Having performed the calculation by formula (1), we obtain the laser beam divergence equal to 2θ = 0.1 rad.

При этом из-за расходимости лазерного пучка θ образуется пятно рассеяния, которое используется для освещения воздушно-пылевого потока. Рассчитываем величину светового пятна, образующегося по вертикальной оси, на расстоянии 1 м, так как это расстояние нами определено как наиболее оптимальное для фоторегистрации воздушно-пылевых потоков на текстильных машинах. Ширина лазерного пучка вдоль оптической оси остается постоянной равной s=3 мм. Находим размер светового пятна по вертикальной оси по формуле из источника. (Васильев А.А. Теневые методы. М.: Наука, 1968. - 400 с.)In this case, due to the divergence of the laser beam θ, a scattering spot is formed, which is used to illuminate the air-dust flow. We calculate the magnitude of the light spot formed along the vertical axis at a distance of 1 m, since we have determined this distance as the most optimal for photo-registration of air-dust streams on textile machines. The width of the laser beam along the optical axis remains constant equal to s = 3 mm. We find the size of the light spot along the vertical axis according to the formula from the source. (Vasiliev A.A. Shadow methods. M .: Nauka, 1968. - 400 p.)

Н=2L·2θ=0,20 м.H = 2L2θ = 0.20 m.

В качестве регистратора используется фоторегистратор с применением изопанхроматических фотоматериалов обладающих наибольшей чувствительностью к источнику лазерного излучения с длиной волны λ=632,8 нм. Полученная конфигурация лазерного пучка дает возможность исследовать потоки содержащие волокно, пыль, сорные примеси в тонких плоскостях. Это дает возможность получить новую информацию о физических процессах протекающих на текстильных машинах.A photorecorder using isopanchromatic photographic materials that are most sensitive to a laser source with a wavelength of λ = 632.8 nm is used as a recorder. The obtained configuration of the laser beam makes it possible to study flows containing fiber, dust, and impurities in thin planes. This makes it possible to obtain new information about the physical processes occurring on textile machines.

Используем следующую схему регистрации (фиг. 2.). Угол α между продольной (оптической) осью лазерного прибора и фоторегистратором может устанавливаться в пределах от 65°-90° в зависимости от конкретного исследуемого воздушно-пылевого потока. При помощи двояковыпуклой линзы 7 можно осуществлять регулировку величины светового пятна, образованного лазерным пучком.We use the following registration scheme (Fig. 2.). The angle α between the longitudinal (optical) axis of the laser device and the photorecorder can be set in the range from 65 ° -90 ° depending on the specific air-dust flow under study. Using a biconvex lens 7, it is possible to adjust the magnitude of the light spot formed by the laser beam.

С помощью предлагаемой полезной модели можно исследовать воздушно-пылевые потоки образующиеся при работе текстильных машин, частности поточных линий. Данная полезная модель позволяет при помощи полученных новых экспериментальных данных конструировать новые элементы текстильных машин. Также можно при помощи предлагаемой полезной модели контролировать эффективность работающих систем аспирации. Устройство создано таким образом, что учитывает природу исследуемой пыли, специфику диафрагмирования лазерного луча на пыли, волокнах и сорных примесях.Using the proposed utility model, it is possible to study the air-dust flows generated during the operation of textile machines, in particular production lines. This utility model allows using new experimental data obtained to design new elements of textile machines. Using the proposed utility model, it is also possible to control the effectiveness of working aspiration systems. The device is designed in such a way that takes into account the nature of the dust under study, the specifics of the diaphragm of the laser beam on dust, fibers and weed impurities.

С помощью заявленного устройства можно изучать воздушные потоки, в которых присутствует мелкодисперсная пыль, как визуально, так и проводить фоторегистрацию.Using the claimed device, it is possible to study air flows in which fine dust is present, both visually and to carry out photo-recording.

В отличие от прототипа, в котором используется прием прямого и обратного рассеяния пыли, в предлагаемой полезной модели используется прием бокового светорассеяния. К тому же заявляемая полезная модель учитывает природу пыли, образующуюся при движении потоков текстильных машин.In contrast to the prototype, which uses direct and backward dust scattering, the proposed utility model uses lateral light scattering. In addition, the claimed utility model takes into account the nature of the dust generated by the movement of flows of textile machines.

Для подтверждения работоспособности устройства была проведена визуализация воздушно-пылевого потока образующегося при работе устройства для очистки волокна от сорных примесей и пыли, установленного на лентоформирующую машину, входящую в состав поточной линии ПЛ-1-КЛ.To confirm the operability of the device, the air-dust flow was generated during the operation of the device for cleaning fibers from debris and dust mounted on a tape forming machine, which is part of the production line PL-1-KL.

Через эллипсовидные отверстия устройства производиться выделение сорных примесей и пыли, для того чтобы подтвердить эффективность очистки была проведена визуализация при помощи заявляемого устройства. Она осуществлялась в вертикальной плоскости вдоль продольной оси эллипсовидного отверстия расположенного в устройстве. Фотографии представлены на фиг. 3, 4, 5, где цифрами обозначены: 11-кромки эллипсовидного отверстия, 12-пыль, 13-волокно, 14-сорная частица. Проведенная визуализация подтверждает эффективность разработанного устройства.Through the ellipsoidal openings of the device, weed and dust are extracted in order to confirm the cleaning efficiency, visualization was carried out using the inventive device. It was carried out in a vertical plane along the longitudinal axis of the ellipsoidal hole located in the device. The photographs are shown in FIG. 3, 4, 5, where the numbers indicate: 11-edges of the ellipsoidal hole, 12-dust, 13-fiber, 14-weed particle. The performed visualization confirms the effectiveness of the developed device.

Визуализация воздушно-пылевых потоков полученная при помощи разработанного устройства дает возможность изучить взаимодействие технологических и аэродинамических потоков возникающих на текстильных машинах. Дает возможность определить вид течения ламинарный или турбулентный. Устройство позволяет исследовать траектории движения сорных примесей, пыли и волокон в исследуемых воздушных потоках.The visualization of air-dust flows obtained using the developed device makes it possible to study the interaction of technological and aerodynamic flows arising on textile machines. It makes it possible to determine the type of flow laminar or turbulent. The device allows to study the trajectory of the movement of weed impurities, dust and fibers in the studied air flow.

Claims

A device for visualizing air-dust flows containing a common base on which a laser radiation source and an optical system for focusing a laser beam in the plane of the studied stream are mounted, comprising a collimator, and a flow recording means, characterized in that the optical system is provided with a biconvex lens, installed with the possibility of movement along the optical axis with focusing in the plane of the studied stream, the collimator contains a sequentially installed negative Yelnia lens convexity facing the source of laser light, a cylindrical lens and a biconvex lens, a negative meniscus glued facing convexity to the test stream, and the flow detection means is set at an angle of 65-90 ° to the optical axis, the common base formed vibration damping.