SU1078336A1 - Two-component laser anemometer - Google Patents
Two-component laser anemometer Download PDFInfo
- Publication number
- SU1078336A1 SU1078336A1 SU833546241A SU3546241A SU1078336A1 SU 1078336 A1 SU1078336 A1 SU 1078336A1 SU 833546241 A SU833546241 A SU 833546241A SU 3546241 A SU3546241 A SU 3546241A SU 1078336 A1 SU1078336 A1 SU 1078336A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- laser
- delay line
- doppler frequency
- splitter
- splitters
- Prior art date
Links
Abstract
ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ АНЕМОМЕТР, содержащий оптически сопр женные лазер, два расщепител , два устройства сдвига частоты, фокусирующий и собирающий рассе нный назад свет объективы, поворотное зеркало 9 4 и фотоприемник, а также два измери- i тел доплеровской частоты, отличающийс тем, что, с целью повышени соотношени сигнал/шум, в него введены оптическа лини задержки и два электрических полосовых фильтра, а первый расщепитель выполнен в виде оптического устрой ства формировани трех лазерных пучков, лежащих в одной плоскости, при этом входы электрических полосовых фильтров параллельно соединены с фотоприемниками, а выходы - с измерител ми доплеровской частоты, а оптическа лини задержки расположена между первым и вторым расщепитеi л ми на пути центрального луча пер .вого расщепител . (ЛA TWO-COMPONENT LASER ANEMOMETER containing an optically coupled laser, two splitters, two frequency shifters that focus and collect back-scattered light lenses, a swivel mirror 9 4 and a photodetector, as well as two measuring bodies of Doppler frequency, characterized in that In order to increase the signal-to-noise ratio, an optical delay line and two electric band-pass filters are introduced into it, and the first splitter is designed as an optical device for forming three laser beams lying in the same plane and wherein the electrical inputs of bandpass filters connected in parallel to the photodetectors, and the outputs - to E of the Doppler frequency meter, and the optical delay line is positioned between the first and second rasschepitei L E in the path of the central beam splitter .vogo lane. (L
Description
vlvl
00 :л:00: l:
:.с Изобретение относитс к измерительной технике и может быть испол зёвано дл измерени вектора скоро ти двумерного потока жидкости или газа оптическими средствами. Известен двухкомпонентный лазер вый анемометр, содержащий оптическ сопр женные лазер, два расщепител два устройства сдвига частоты, фок сирующий и собирающий рассе нный назад свет объективы, поворотное зеркало и фотоприемник, а также дв измерител доплеровской частоты 1 Однако расщепители в известном анемометре выполнены- пол ризационными ,что влечет за собой применение множества дополнительных пол ризационных оптических элементов. Поэтому известный анемометр обладает низким отношением сигнал/шу при работе в рассе нном назад свете . Теоретические исследовани диф ференциальной схемы с рассе нием назад на основе теории рассе ни Ми показывают, что величина доплеровского сигнала существенно зав сит от степени пол ризационного со ласовани смешиваемых волн. Причем коэффициент пол ризационного согла совани равен единице только при наблюдении рассе нного излучени в направлении, близком к оптической оси схемы. Поэтому в известной схеме дл обеспечени эффективной пол ризащйонной селекции оптических сигна лов , исключающей неоднозначность в измерении ортогональных компонент с рости, необходимо принимать рассе н ное излучение в малой угловой апер туре, в пределах которой коэффициент пол ризационного согласовани равен единице. Целью изобретени вл етс повышение отношени сигнал/шум. Поставленна цель достигаетс тем,что в двухкомпонентный лазерный анемометр, содержащий оптически сопр женные лазер, два расщепител , два устройства сдвига частоты , фокусирующий .и собирающий рассе нный назад свет объективы, поворотное зеркало и фотоприемник, а также два измерител доплеровской частоты, введены оптическа лини задержки и два электрических полосовых фильтра, а первый расщепитель выполнен в виде оптического устройства формировани трех лазерных пучков, лежащих в одной плоскости, при этом входы электрических полосо вых фильтров параллельно соединены с фотоприемниками, а выходы - с измерител ми доплеровской частоты, а оптическа лини задержки расположена между первым и вторым расщепител ми на пути центрального луча первого расщепител . На чертеже представлена блок-схема предлагаемого анемометра. Анемометр содержит лазер 1, излучающий луч 2, призменный расщепитель 3, дел щий луч 2 на три параллельных луча 4 - 6, призменный расщепитель 7, дел щий луч 5 на два луча 8 и 9 равной интенсивности, два устройства сдвига частоты 10 и 11, подключенные к электронным блокам питани 12 и 13 ,оптическую линию адержки. 14,выполненную,например,из отрезка световода длиной Л , фокусирующего объектива 15, области измерени 16, через которую движутс неоднородности потока, рассеивающие свет 17, собираемый объективом 15, поворотное зеркало 18, объектив 19, фотоприемник 20, два полосовых фильтра 21 и 22 и два измерител доплероЁских частот 23 и 24. Двухкомпонентный лазерный анемометр работает следующим образом. В качестве источника когерентного измерени в схеме используетс лазер 1, дл которого известна функци степени временной когерентности (i) . Пучок 2, имеющий интенсивность IQ , делитс расщепителем 3 на три параллельных луча, два из которых 4 и б имеют равные по значению интенсивности К1о0,25, а лу 5 - интенсивность Klo 0,5 к - коэффициент потерь). Луч 4 направл етс на вход устройства сдвига частоты 10, с помощью которого осуществл етс фиксированный сдвиг его частоты на величину f . , Далее два луча 4 и 6, распростран ющиес в горизонтальной плоскости симметрично относительно оптической оси схемы, фокусируютс объективом 15 в область измерени двумерного потока 16. Луч 5 проходит оптическую линию задержки 14, с помощью которой предусматриваетс задержка луча 5 по времени на такую величину Jj , при которой модуль степени временной когерентности 2(t) равен нулю. Затем луч 5 делитс расщепителем 7 на два луча 8 и 9 равной интенсивности. Причем луч 8 проходит устройство сдвига частоты 10, в котором смещаетс по частоте на фиксированную величину f ii . Далее лучи 8 и 9, распростран ющиес в вертикальной Ш10Скости симметрично относительно оси схемы,фокусируютс объективом 15 в, область измерени 16. Четыре пучка, пересека сь в фокусе объектива 15, создают в области измерени интерференци нное поле с горизонтально и вертикально расположенными полосами . Формирование такой структуры интерференционного пол объ сн етс тем, что лучи 4 и 6, 8 и 9 когерентны , T.ei дл них (t) 1, а лучи 4и8,4и9, 6и8, би9 не когерентны, поскольку разность хода дл таких лучей равн етс L t, и у It) 0.The invention relates to measurement technology and can be used to measure the velocity vector of a two-dimensional liquid or gas flow by optical means. A two-component laser anemometer containing an optically coupled laser, two splitters, two frequency shifters, focusing and collecting back scattered light lenses, a rotating mirror and a photodetector, and a Doppler frequency meter 1 are known. However, splitters in a well-known anemometer are polarized , which entails the use of a variety of additional polarization optical elements. Therefore, the known anemometer has a low signal-to-shu ratio when operating in back scattered light. Theoretical studies of a differential scheme with backscattering based on the Mie scattering theory show that the magnitude of the Doppler signal is significantly dependent on the degree of polarization matching of the mixed waves. Moreover, the polarization agreement coefficient is equal to unity only when observing scattered radiation in a direction close to the optical axis of the circuit. Therefore, in the well-known scheme, in order to ensure effective polarization selection of optical signals, which precludes ambiguity in the measurement of orthogonal components of growth, it is necessary to receive scattered radiation in a small angular aperture, within which the coefficient of polarization matching is equal to unity. The aim of the invention is to increase the signal-to-noise ratio. The goal is achieved by the fact that a two-component laser anemometer containing an optically coupled laser, two splitters, two frequency shifters, focusing and collecting back-scattered light lenses, a turning mirror and a photodetector, and two Doppler frequency meters, introduced an optical line delays and two electric bandpass filters, and the first splitter is made in the form of an optical device forming three laser beams lying in the same plane, while the inputs of the electric strips O filters are connected in parallel with the photodetectors, and the outputs - to E of the Doppler frequency meter, and the optical delay line is positioned between the first and second splitters at the center beam path of the first splitter. The drawing shows the block diagram of the proposed anemometer. The anemometer contains a laser 1, an emitting beam 2, a prism splitter 3, dividing beam 2 into three parallel beams 4-6, a prism splitter 7 dividing beam 5 into two beams 8 and 9 of equal intensity, two frequency shifters 10 and 11, connected to electronic power supply units 12 and 13, an optical support line. 14, made, for example, from a section of a light guide of length L, focusing lens 15, measurement area 16, through which flow irregularities diffuse light 17 collected by lens 15, swivel mirror 18, lens 19, photodetector 20, two band-pass filters 21 and 22 and two Doppler meters of frequencies 23 and 24. A two-component laser anemometer works as follows. As a source of coherent measurement in the circuit, laser 1 is used, for which the function of the degree of temporal coherence (i) is known. Beam 2, having intensity IQ, is divided by splitter 3 into three parallel beams, two of which 4 and b have equal intensity K1-0.25, and 5 - Klo intensity 0.5 k - loss factor). Beam 4 is directed to the input of frequency shifter 10, with which its frequency is fixed by an amount f. Further, two beams 4 and 6, extending in the horizontal plane symmetrically relative to the optical axis of the circuit, are focused by the lens 15 into the measurement area of the two-dimensional flux 16. Beam 5 passes the optical delay line 14, by means of which the delay of beam 5 in time is provided for such an amount Jj in which the modulus of the degree of temporal coherence 2 (t) is zero. Beam 5 is then divided by splitter 7 into two beams 8 and 9 of equal intensity. Moreover, beam 8 passes a frequency shift device 10, in which it is shifted in frequency by a fixed value f ii. Next, the rays 8 and 9, propagating in a vertical width of 1010, symmetrically with respect to the axis of the circuit, are focused by a 15v lens, measurement area 16. Four beams intersecting at the focus of lens 15 create an interference field with horizontally and vertically arranged stripes in the measurement area. The formation of such an interference field structure is explained by the fact that rays 4 and 6, 8 and 9 are coherent, T.ei is (t) 1 for them, and rays 4, 8, 9, 6, 8, bi9 are not coherent, because the path difference for such rays is is L t, and at It) 0.
Рассе нное излучение 17 собираетс объективом 15 и после отражени от зеркала 18 направл етс лин ЗОЙ 19 на фотоприемник 20. В результате оптического гетеродинировани на выходе фотодетектора 20 образуетс переменна составл юща сигнала.The scattered radiation 17 is collected by the lens 15 and, after reflection from the mirror 18, the line of the SOY 19 is directed to the photodetector 20. As a result of the optical heterodyning, the variable component of the signal is formed at the output of the photodetector 20.
При этом перва составл юща сигнала , несу1ца информацию о горизонтальной проекции вектора скорости, выдел етс полосовым фильтром21, настроенным на частоту S2i- . Втора составл юща сигнала, несуща информацию о вертикальной проекции вектора скорости, выдел етс полосовым фильтром 22, настроенным на частоту Й . Отфильтрованные от помех сигналы- с .выходов полосовых фильтров поступают на входы измерителей доплеровских частот 23 и 24, которые выдают информацию в аналоговом илиIn this case, the first component of the signal, incomplete information on the horizontal projection of the velocity vector, is extracted by a band-pass filter21 tuned to the frequency S2i. The second signal component, which carries information about the vertical projection of the velocity vector, is extracted by a band-pass filter 22 tuned to frequency H. Filtered from interference signals from the bandpass filter outputs are fed to the inputs of Doppler frequency meters 23 and 24, which provide information in analog or
цифровом виде о величине и знаке двух ортогональных проекций вектораdigital form of the size and sign of two orthogonal projections of the vector
скорости + УХ и +Vij .speed + UX and + Vij.
В предлагаемом измерителе рассе нное излучение собираетс в угловой anepTjpe значительно большей, чем в известной схеме, так как в схеме нет ограничений, накладываемых условием обеспечени полной пол ризационной , разв зки рассе нных волн. In the proposed meter, the scattered radiation is collected in the angular anepTjpe significantly larger than in the known scheme, since there are no restrictions in the scheme imposed by the condition of providing full polarization, separation of the scattered waves.
0 Это приводит к увеличению мощности рассе нного излучени , принимаемой фотоприемником, и, следовательно , к повышению отношени сигнал/шум на пор док и более по сравнению е 0 This leads to an increase in the power of the scattered radiation received by the photodetector, and, consequently, to an increase in the signal-to-noise ratio by an order of magnitude or more as compared to
5 известным. Кроме того, предлагаемое устройство значительно проще по конструкции, в нем используетс меньше оптических элементов, что повышает экономические показатели схемы. Схема также проще в юстироЬке и в технической эксплуатации. Экономическа эффективность от внедрени одного образца измерител , достигаетс за счет упрощени конструкции и технического обслуживани при ее эксплуатации.5 famous. In addition, the proposed device is much simpler in design, it uses fewer optical elements, which increases the economic performance of the circuit. The scheme is also easier to use and to maintain. The economic efficiency from the introduction of a single sample meter is achieved by simplifying the design and maintenance during its operation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU833546241A SU1078336A1 (en) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | Two-component laser anemometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU833546241A SU1078336A1 (en) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | Two-component laser anemometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1078336A1 true SU1078336A1 (en) | 1984-03-07 |
Family
ID=21047517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU833546241A SU1078336A1 (en) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | Two-component laser anemometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1078336A1 (en) |
-
1983
- 1983-01-31 SU SU833546241A patent/SU1078336A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Laser anemometer Systems. Каталог фирмы Thermo-System I uc. С. 1-2, б (прототип). * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3891321A (en) | Optical method and apparatus for measuring the relative displacement of a diffraction grid | |
JP3279116B2 (en) | Laser Doppler velocimeter | |
US4470696A (en) | Laser doppler velocimeter | |
US3904295A (en) | Method and apparatus for the no-contact measurement of velocities, changes in relative position, or displacement paths | |
JPH02132395A (en) | Multidirectional laser doppler speed indicator | |
JPS6135495B2 (en) | ||
CN103592652B (en) | Bifrequency Doppler laser radar detection system based on single four marginal technology of solid FP etalons | |
US4397550A (en) | Laser doppler velocimeter | |
US4725136A (en) | Method for measuring particle velocity using differential photodiode arrays | |
US4263002A (en) | Differential doppler technique for on-axis backscatter measurements | |
US3888589A (en) | Reflection grating optical odometer | |
SU1078336A1 (en) | Two-component laser anemometer | |
US4040741A (en) | Polarized grating optical odometer | |
DK144716B (en) | APPARATUS FOR MEASURING THE FLOW SPEED OF A FLUID | |
Crosswy et al. | Signal conditioning electronics for a laser vector velocimeter | |
SU1091076A1 (en) | Optical doppler meter of reynolds stresses in liquid or gas flow | |
SU617994A1 (en) | Laser doppler-effect device for measuring local velocity | |
RU2023254C1 (en) | Device for determining velocity and dimensions of particles | |
SU529660A1 (en) | Laser doppler rate gage | |
SU1363022A1 (en) | Laser meter of sizes and dispersed composition of particles | |
SU1693467A1 (en) | Optical analyzer of two-phases flow dispersed composition | |
SU1080084A1 (en) | Inversive-differential laser doppler meter of liquid or gas flow speed | |
SU882322A1 (en) | Laser doppler microscope | |
SU1160205A1 (en) | Cryogenic-compression plant | |
SU1221502A1 (en) | Laser vibration meter |