SU1091076A1 - Оптический доплеровский измеритель напр жений Рейнольдса в потоке жидкости или газа - Google Patents

Abstract

ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ .ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЙ РЕЙНОЛЬДСА В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, содержа1ЦИЙ лазер, блок формировани  зондирующих лучей с акустооптическим модул тором , фотоприемный блок и систему обработки доплеровского сигнала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  локальности измерений , в него введен квадратор, вход которого соединен с выходом фотоприемного блока, а выход - с системой обработки доплеровского сигнала, а в блок формировани  зондирующих лучей введены оптически согласованные с акустооптическим модул тором фокусирующа  линза, установленна  перед S потоком, и зеркальна  фокусирующа  система, установленна  за потоком на пути одного из зондирующих лучей. ф 1 Од 8

Description

Изобретение относитс  к измерител ной технике и предназначено дл  измерени  коэффициента одноточечной коррел ции между ортогональньши проекци ми вектора скорости турбулентно го потока, т.е. относительной величины напр жений Рейнольдса. Известен оптический доплеровский измеритель напр жений Рейнольдса, представл ющий собой двухкомпонентный лазерный доплеровский анемометр оптическа  схема которого содержит лазер, расщепитель пучка, зондирующую линзу, фокусирующую в потоке три пучка, лежащие попарно в ортогональных плоскост х, приемную оптическую систему в виде двух объективов и фотоприемников. Двухканальный радиоизмерительный тракт содержит в, каждом канале полосовые фильтры , систему частотной демодул ции доплеровского сигнала след щего типа и коррел тор 13. Однако данна  схема характеризует с  неоднозначностью в определении направлени  проекций измер емых скоростей , а следовательно, и знака коэффициента их коррел ции. Недостатком ее  вл етс  и наличие в спект ре сигнала, поступаемого с каадого из двух каналов измерител , паразитного спектра, расположенного на частотах, соответствующих доплеровс , кому сдвигу, вследствие малых различий углов сведени  ортогональных пар пучков, располагающихс  в частот ном интервале близком к доплеровским частотам. Такой эффект приводит к неопределенности в работе след щих систем, срывам слежени , что в конеч Ирм счете снижает точность измерени  Известна схема оптического доплеровского измерител  турбулентных нап р жений Рейнольдса, представл юща  собой двухцветный лазерный доплеровс кий анемометр, содержащий аргоновый лазер, блок формировани  зондирующих лучей с акустооптическим модул тором , фотоприемный блок, систему обр ботки доплеровского сигнала, а также второй акустооптический модул тор . Таким образом, два акустооптические модул тора позвол ют разделить сигналы дйух каналов по частоте . Кроме того, имеетс  фокусирующа  в исследуемый поток три луча линза. Рассе нньй свет принимаетс  одним объективом, пространственно де 76 литс  с помощью интерференционных фильтров и направл етс  на фото .чувствительные поверхности двух фотоприемников . Сигнал, снимаемый с нагрузки каждого из двух фотоприемников , поступает в радиоизмерительный тракт, состо щий из полосовых фильтров, усилител , системы частотной демодул ции и коррел тора 2 . Недостатком известного измерител   вл етс  неполное пространственное совпадение двух пробных объемов оптических каналов измерител . Цель изобретени  - повышение локальности измерени  рейнольдсовых напр жений.. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известный оптический измеритель .напр жений Рейнольдса в . потоке жидкости или газа, содержащий л-азер, блок формировани  зондирук дих лучей .с акустооптическим модул тором , фотоприемный блок и систему обработки доплеровского сигнала, введен квадратор, вход которого соединен с выходом фотоприемного блока, а выход - с системой обработки доплеровского сигнала, а в блок формировани  зондирующих., лучей введены оптически согласованные с акустооптическим модул тором фокусирующа  линза , установленна  перед потоком, и зеркальна  фокусирующа  система, установленна  за потоком на пути одного из зондирующих лучей. На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - оптическа  схема формировани  двух канапов измерени  ортогональных проекций вектора скорости , на фнг. 3-5 - спектральные диаграммы , по сн ющие преобразование сигналов в радиоизмерительном тракте . Устройство содержит лазер 1, блок зондирующей оптики, включающий акустооптический модул тор 2, линзу 3 и зеркально-фокусирующее устройство 4 (например, линзу и плоское зеркало ), фотоприемйый блок, включающий фотоприемник 5, радиоизмерительный тракт, включающий фильтр 6, квадратор 7, вход которого соединен с выходом фотоприемника через фильтр, систему 8 обработки доплеровских сигналов, подключенную к выходу квадратора 9 (исследуемый поток). Устройство работает следующим образом. Луч 1 лазера расщепл етс  на два зондирующихпучка при помощи модул тора 2, пучки линзой 3 фокусируютс  на исследуемый поток 9, один из зондирующих пучков отражаетс  в направ лении 180 и фокусируетс  с помощью зеркально-фокусирующего устройства 4. Как показано на фиг. 2, вектор чувствительности К  вл етс  рдзностью волновых векторов К и К исходных зондирующих пучков. Волновой вектор отраженного пучка К„ да ет в сочетании с волновым вектором iT ортогональный ректору К вектор чувствительности К . Пучки и q пересекающиес  под углом 180 , дают паразитный сигнал на низких частотах (К К ), который легко тровываетс  в радиоизмерительном тракте. Выбором луча, на пути которого устанавливаетс  зеркально-отражающее устройство, достигаетс  частотное разделение спектров двух доплеровских сигналов относительно частоты модул ции (фиг. 3). Таким образом, пробные объек1Ы измерени  пространственно совмещены, так как все три зондирукмцих пучка лежат в одной плоскости. Рассе нный из проб ного объема свет собираетс  фотоприемником 5. Доплеровский сигнал, снижаемый с нагрузки фотоприемника, фильтруетс  фильтром 6 высоких час76 тот и поступает на вход квадратора 7. На выходе квадратора вьщел ютс  спектральные компоненты, соответствующие частотам первичных сигналов f frt + % V и f f - V, a также компоненты, соответствующие их сумме и разности - f K,jV , f.. 2f«+ + (%V - KgV). Ha фиг. 3-5 изображены спектральные диаграммы сигнала на выходе фотоприемника (фиг. 3), на выходе фильтра (фиг. А) и на выходе квадратора (фиг. 5). Указанные спектральные компоненты могут быть подвергнуты различной радиоэлектронной обработке в блоке 8., Устройство имеет более простую конструкциюПО сравнению с прототипом и не включает в себ  дорогосто щих элементов. Расположение зондирующих пучков в одной плоскости, привод щее к повышению локальности и точности измерений, дает возможность использовать измеритель дл  измерений напр жений Рейнольдса и других характерис тик турбулентности в цилиндрических и конических модел х, в то врем  как применение в. таких модел х двухкомпонентных лазерных доплеровских анемометров , зондирующие пары пучков которых лежат в ортогональных плоскост х, ратруднего вследствие различной ре1фракции зондирующих пучков на стенках модели.

Claims (1)

1. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЙ РЕЙНОЛЬДСА

   В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, содержащий лазер, блок формирования зондирующих лучей с акустооптическим модулятором, фотоприемный блок и систему обработки доплеровского сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения локальности измерений, в него введен квадратор, вход которого соединен с выходом фотоприемного блока, а выход - с системой обработки доплеровского сигнала, а в блок формирования зондирующих лучей введены оптически согласованные с акустооптическим модулятором фокусирующая линза, установленная перед потоком, и зеркальная фокусирующая система, установленная за потоком на пути одного из зондирующих лучей.

   .SU „„ 1091076

   Фиг. f