SU1093974A1 - Способ измерени скорости - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ, заключающийс  в формировании оптическим излучением в исследуемой среде интерференционного пол  с известной пространственно-частотной структурой, формировании пространственного Фурьеспектра этого пол  в свете, рассе нном движущимис  частицами, фильтрации Фурье-спектра.пространственно-частотным периодическим фильтром, согласованным со средним рассто нием между частицами, преобразовании селектированного оптического сигнала вэлектрический и измерении частоты электрического сигнала, по которому суд т о скорости, отличающийс  тем, что, с целью повьпиени  точности измерений путем увеличени , соотношени  сигнал - шум, формируют оптическим излучением, отличным от первого спектральным составом, второе интерференционное поле с пространственночастотной структурой, противофазной структуре первого пол , селектирутот i оптический сигнал от первого интерференционного пол  через четные полу (П периоды пространственно-частотного фильтра, а от второго интерференционного пол  - через нечетные полупериоды пространственно-Частотного фильтра .I

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  скорости движени  жидкостей, газов и рассеивающих свет поверхностей.

Известен способ измерени  скорости механического движени , заключающийс  в том, что в исследуемой среде формируют интерференционное световое поле с известной пространственно-частотной структурой, получают изображение этого пол  в свете, рассе нном движущимис  частицами, преобразуют оптический сигнал в электрический и измер ют частоту электрического сигнала til.

Недостатком способа  вл етс  ограниченна  точность измерений из-за погрешности, вносимой фазовым шумом, возникающим вследствие наложени  сигналов от .многих частиц при большой их концентрации.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ измерени  скорости, заключающийс  в том, что в исследуемой среде формирзтот оптическим излучением интерференционное поле с известной пространственно-частотной структурой, формируют пространственный Фурье-спектр этого пол  в свете, рассе нном движущимис  частицами, фильтруют Фурье-спектр пространственно-частотным периодическим фильтром, согласованным со средним рассто нием между частицами, преобразуют селектированный оптический сигнал в электрический и измер ют частоту электричёс ого сигнала, по которой суд т о скорости, В известном способе дрстигаетс  более высока  в сравнении с другими способами точность снижени  уровн  фазовых шумов при измерени х в реальном масштабе времени с исследуемьм процессом С 2.

Недостатком известного способа  вл етс  ограниченна  точность измерений из-за присутстви  в селектированном оптическом сигнале некогерентной компоненты и погрешности компенсации ее в электрическом сигнале, поскольку невозможно при измерени х в реальном масштабе времени выравн т амплитуды когерентной и некогерентной компонент достаточно точно.

Цель изобретени  - повышение точности измерений путем увеличени  соотношени  сигнал - шум.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени 

скорости, заключающемус  в формировании оптическим изJ Vчeниeм интерференционного пол  с известной пространственно-частотной структурой,

формировании пространственного Фурьеспектра этого пол  в свете, рассе нном движущимис  частицами, фильтрации Фурье-спектра пространственночастотным периодическим фильтром, ,

.согласованньм со средним рассто нием между частицами, преобразовании селектированного оптического сигнала в электрический и измерении частоты электрического сигнала, по которому суд т о. скорости, формируют оптическим излучением, отличным от

первого спектральным составом, вто- t рое интерференционное поле с простран ственно-частотной структурой, противофазной ctpyKType первого пол , селектируют оптический сигнал от первого интерференционного пол  через четные полупериоды пространственночастотного фильтра, а от второго интерференционного пол  - через нечет ные полупериоды пространственно-частотного фильтра.

На фиг. 1 представлена схема устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа с селекцией сигналов по спектральным лини м на фиг. 2 - схема устройства с селекцией по ортогональным пол ризаци м,

Устройство содержит последовательно расположенные лазер 1, формирователь интерференционного пол , состо щий из последовательно размещенных

согласующего объектива 2, дисперсионной призмы 3, объектива 4, однополосного акустооптического модул торарасщепител  5, расположенной на пути одного из расщепленных пзгчков дисперсионной фазовой пластинки 6 и ахроматического объектива 7, последовательно за которым установлен ахроматический формирователь пространственного Фурье-спектра 8, в Фурье-плос

кости которого установлен пространственно-частотный периодический фильтр

9,за которым помещен фотопригмник

10.К фотоприемнику подключен измеритель 11 частоты электрического сигнала . Дисперсионна  призма 3, объектив 4, однополосный акустооптический модул тор 5 и фазова  пластинкао6

.образуют в совокупности расщепитель лазерного пучка. в устройстве (фиг. 2) расщепитель лазерного пучка выполнен в виде пол ризационной призмы 12. Пространственно-частотный периоди ческий фильтр 9 может быть вьшолнен в случае .бихроматического зондирующего пол  в виде, например, прозрачной пластины с периодически распреде ленным в ее плоскости диэлектрически «ногослойным покрытием, селективным по отношению к длине волны падающего излучени . В четных полупериодах такое покрытие вьтолн етс  прозрачным только дл  длины волны Д , а в нечетных - прозрачным только дл  излучени  с длиной волны Л. (например, син  , и зелена  линии излучени  арго нового лазер.а). Дисперсионна  призма 3 помещена дл  согласовани  линий лазерного излучени  с углами Брэгга в акустооптическо44  чейке. Дисперсионна  фазова  полуволнова  пластинка 6 установ лена на пути расщепленных: пучков дл  введени  180сдвига фаз между прост ранственно-частотными структурами сформированных интерференционных полей , имеющих одинакрвьй размер интер ференционных полос W. Способ осуществл етс  следующим образом. В устройстве (фиг. 1) бихроматический лазер 1, согласующие объективы 2 и 4, акустооптический модул тор расщепитель 5 и ахроматический объек тив 7 формируют в исследуемой среде суперпозицию двух интерференционных полей, отличающихс  по спектру лазерного излучени . Поскольку зондирующие пол , сформированные различными лини ми лазерного излучени , имеют противофазную пространственно-частотную структуру, когерентные оптические сигналы, полу ченные при рассе нии этих полей на движущихс  частицах, наход тс  в . противофазе. При этом амплитуда когерентного сигнала имеет наибольшее значение, если рассто ние между частицами близ ко к величине периода пространственного Фурье-спектра функции, описывакщей фипьтр. Структура этого йпект ра состоит из последовательности мни мых источников, рассто ние между коtopboioi определ етс  пространственным периодом фильтра. Размер каждого источника равен рассто нию между пер744 выми нул ми пространственного Фурьеобраза линейной апертуры фильтра. Некогерентный оптический сигнал, интегрированный по апертуре фильтра, практически обращаетс  в нуль, так как он усредн етс  по большому числу противофазных сигналов, .распределенных по апертуре. Когерентна  составл юща  интенсивности оптического сигнала и пьедестал преобразуютс  фотоприемником в электрический сигнал. Низкочастотный пьедестал электрического сигнала отфильтровываетс  и измер етс  частота когерентной составл ющей uj-p , котора  св зана.с периодом Wзондирующего пол  соотношением . Дтт  подстройки измерительной системы под измен ющеес  среднее рассто ние между рассеивающими частицами Ь среде оптический Фурье-преобразователь выполн ют г переменным масштабом преобразовани . Действие устройства, показанного на фиг. 2, аналогично действию вьшеописанного ус.тройства со спектральньм разделением:зондирующих интерференционных полей, однако последние, имеющие противофазную пространственноучастотную структуру, отличаютс  ортогональными пол ризаци ми. Плоскости пол ризации, в которых сформированы эти пол , ортогональны и развернуты на 45° относительно плоскостей пол ризации формирующих лазерных пучков. Пространственно-частотньй фильтр 9 выполнен из периодически чередующихс  полосок пол ризаторов. В четных полуперйодах пропускаетс  свет, пол ризаци  которого совпадает с пол ризацией одного из зондирующих интерференционных полей, а в нечетных полупериодах - пропускающих ортогонально пол ризованньй свет от другого интерференционного пол , пространственно-частотна  структура которого противофазна структуре первого пол . Дл  этого оси пропускани  тюЛ ризаторов в четных и нечетных полуперйодах. пространственно-частотного фильтра развернуты соответственно на угол 45 относительно плоскостей пол риза-, ции световых пучков на выходе пол ризационной призмы 3. Повышенна  точность достигаетс  тем, что в оптическом сигнале, селек тированном согласованным пространств

S10939746

венно-частотным фильтром, отсутству- в электрическом сигнале при измереет некогерентна  компонента. Поэтому ни х в реальном масштабе времени,как это исключаетс  погрешность, св занна  с имеет место в известном способе,и повы .невозможностью полной компенсации ее шаетс  соотношение сигнал - шум.

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ, заключающийся в формировании оптическим излучением в исследуемой среде ' интерференционного поля с известной пространственно-частотной структурой, формировании пространственного Фурьеспектра этого поля в свете, рассеянном движущимися частицами, фильтрации Фурье-спектра.пространственно-частот- ным периодическим фильтром, согласо- ’ ванным со средним расстоянием между частицами, преобразовании селектированного оптического сигнала в электрический и измерении частоты электрического сигнала, по которому судят о скоростй, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем увеличения.соотношения сигнал - шум, формируют оптическим излучением, отличным от первого спектральным составом, второе интерференционное поле с пространственночастотной структурой, противофазной структуре первого поля, селектируют оптический сигнал от первого интерференционного поля через четные полупериоды пространственно-частотного фильтра, а от второго интерференционного поля - через нечетные полупериоды пространственно-частотного фильтра. I

   SU ,.»1093974