SU1113747A1 - Оптический доплеровский измеритель двухточечных коррел ций скорости турбулентного потока - Google Patents

Abstract

1. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДВУХТОЧЕЧНЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ СКОРОСТИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные лазер, частотный модул тор, блок формировани  двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическа  ось которого лежит в плоскости зондирующих- пучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключенную к вькоду фотоприемного устройства , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  процесса измерени  и повышени  точности, в него введены блок формировани  третьего зондирующего пучка, смещенного по частоте относительно первых двух зон- S дирующих пучков, установленный на сл оптической оси фотоприемного устройст ва, а также электрооптический коммутатор , установленный между блоком .формировани  третьего зондирующего 2 .пучка и фотоприемным устройством.

Description

2. Измеритель по п.1, о т л и-. чающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет измерени  не только fioперечных , но и продольных двухточечных коррел ций скорости турбулентного потока, в него дополнительно

.введены оптически согласованные с блоком формировани  третьего зондирующего пучка пары полупрозрачных и глухих зеркал, установленных соответственно перед и за исследуемым потоком, между электрооптическим коммутатором и фотоприемным устройством.

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  двухточечных коррел ций турбулентньгх пульсаций скорости, что необходимо при исследовани х пространственной структуры турбулентности . Известно устройство, содержащее лазер, блок делени  пучка, два акустоойтических модул тора, сметему формировани  двух пар зондирующих пучков, систему сканировани , приемна  оптическа  система содержи дра фотоприемника, сигналы с выхода которых поступают в систему аналоговой коррел ционной обработки, формирующую спектр произведени  дву сигналов. Принцип действи  измерите л  основан на спектральном анализе двух доплеровских сигналов и анализ их спектра электронного перемножени  til. Недостатком измерени   вл етс  относительна  сложность конструкции Известен также оптический доплеровский измеритель двзгхточечных коррел ций скорости потока, использующий когерентный режим работы ЛДА лазерного доплеровского анамометра, при котором доплеровский сигнал  вл етс  результатом интерференции во рассе нных частицами, наход щимис  в разных точках потока. Измеритель содержит последовательно установлен ные и оптически согласованные лазер частотный модул тор, блок формирова ни  двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическа  ось которого лежит в плоскости зондирующих пучков, и систему регистра ции доплеровского сигнала, подключе ную к выходу фотоприемного устройст ва t 21. Недостатком измерител   вл етс  сложность настройки прибора, в частности фотоприемного устройства, оптическую ось которого трудно направить в точки измерени , обеспечив при этом точное пересечение оси приема рассе нного света ojHOBpeMeHHo с двум  зондирующими пучками. Устройство характеризуетс  также необходимостью проведени  дополнительных измерений локальных пульсаций скорости в двух точках потока. Оптическа  схема прототипа не позвол ет это сделать нар ду с измерением когерентного сигнала в двух фиксированных точках потока. Ъсе это усложн ет процесс измеренТ й пространственных коррел ций, приводит к необходимости проведени  дополнительной серии локальных измерений с помощью традиционных схем лазерных доплеровских анемометров и, в конечном счете наруша  пространственное, а также существенно-временное разрешение измерени , приводит к снижению точности проводимых коррел ционных измерений. Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса измерени  и повьшение его точности. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в оптический доплеровский измеритель двухточечных коррел ций скорости турбулентного потока, содержащий последовательно установленные и оптически.согласованные лазер, частотный модул тор, бЛок формировани  двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическа  ось которого лежит в плоскости зондирующих пучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключенную к выходу фотоприемного устройства, введены блок формировани  третьего зондирующего пучка. смещенного по частоте относительно первых двух зондирующих пучков, установленный на оптической оси фотоприемного устройства, а также злектрооптический коммутатор, установленный между блоком формировани  третье го зондирующего пучка и фотоприемным устройством, Кроме того, с целью расширени  функциональных возможностей за счет измерени  не только поперечных, но и продольных двухточечных коррел ций скорости турбулентного потока, в него дополнительно введены оптически согласованные с блоком формировани  третьего зондирующего пучка пары полупрозрачных и глухих зеркал, установленных соответственно перед и за исследуемым потоком между злект рооптическим коммутатором и фотоприе ным устройством. На фиг.1 представлена структурна  схема предложенного устройства; на фиг.2 - геометри  зондирующих пучков при измерени х коррел ций в точках, рас.положенных в потоке произвольно. Устройство содержит лазер 1, частотный модул тор 2, блок формировани  зондирующих пучков 3, блок формировани  дополнительного зондиру щего пучка 4, фотоприемное устройство 5, электрооптический коммутатор, включающий в себ  подвижный экран 6 регул тор напр жени  7 высоковольтного блока питани  8. Кроме того, устройство содержит систему регистр ции 9, исследуемый поток 10,пары полупрозрачных и глухих зеркал 11 и 12, установленные соответственно перед и за исследуемым потоком. Устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1 попадает в модул то 2, который расщепл ет пучок на несколько дифрагированных и задает частотный сдвиг между соседними лучами. Оптическа  схема 3 формирует два параллельных сфокусированных пучка и направл ет их в исследуемый поток 10. С помощью устройства 4, наприме системы призм или зеркал, третий зондирующий пучок,смещенный по част те относительно первого и второго з дирующих пучков, фокусируетс  в поток дл  пересечени  с параллельными пучками. Фотоприемное устройство настраиваетс  таким образом, что дополнительный пучок направл етс  через апертур ную диафрагму (не обозначена), объектив и полевую диафрагму на поверхность фотоприемного устройства 5. Электрооптический коммутатор попеременно то закрывает, то открьгоает на врем  равное периоду измерени , дополнительный лазерный пучок с помощью подвижного зкрана 6. При открытом пучке в поле зрени  фотоприем юй системы попадают сразу обе точки измерени . Спектры доплеровских сигналов при этом разнесены по частоте. При закрытом пучке схема работает аналогично прототипу, и система 9 регистрирует когерентный сигнал, несущий информацию с коррел цией скоростей. Уровень когерентного сигнала, образующегос  при фотосмешении рассе нных световых волн на пор док ниже некогерентного,получаемого при пр мом попадании опорного пучка ,-, в фотоприемник. Поэтому синхронно с движением экрана 6 осуществл етс  переключение высоковольтного напр жени  блока питани  8 ступенчатого регул тора 7. Это открывает возможность подключени  ЭВМ дл  автоматизации процесса измерени . Дл  изменени  конфигурации точек измерени , в частности дл  измерени  продольных коррел ций скорости, устройство может быть дополнено системами делени  - согласовани  пучка в виде пар полупрозрачных и глухих зеркал 11,12, установленных в оптической схеме (фиг.2). При этом устройство работает аналогично описанному. Технический эффект предложенного устройства состоит в улучшении его эксплуатационных характеристик, что выражаетс  в упрощенной и более точной ластройке (юстировке) оптической фотоприемной системы устройства по пр мому попаданию дополнительного пучка в диафрагму фотоприемника, в.точной настройке пересечени  этого пучка и двум  исходными пучками, что значительно проще и точней, чем обеспечение пересечени  невидимой оптической оси приема рассе нного света с пучками в прототипе. При этом расшир етс  диапазон измеренных параметров , так как предлагаемое устройство за врем , определ емое быстродействием электрооптического ком1 гутатора

и регистрирующей аппаратуры, изме-врем  как при применении прототипа

как локальные, так и пространст--требуютс , дополнительные измерени 

венные характеристики турбулентноголокальных характеристик с испольпотока , что необходимо дл  расче-зованием других оптических систа коэффициента корр,, в то .5тем.

и

Claims (2)

1. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДВУХТОЧЕЧНЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ

СКОРОСТИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные лазер, частотный модулятор, блок формирования двух зондирующих пучков, фотоприемное устройство, оптическая ось которого лежит в плоскости зондирующих- пучков, и систему регистрации доплеровского сигнала, подключенную к выходу фотоприемного устройства, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и повышения точности, в него ¹ введены блок формирования третьего 'зондирующего пучка, смещенного по _Q частоте относительно первых двух зон- $ дирующих пучков, установленный на оптической оси фотоприемного устройст*ва, а также электрооптический коммутатор, установленный между блоком .формирования третьего зондирующего пучка и фотоприемным устройством.

φυι.ι

2. Измеритель по п.1, о т л ичающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения не только йоперечных, но и продольных двухточечных корреляций скорости турбулентного потока, в него дополнительно введены оптически согласованные с блоком формирования третьего зондирующего пучка пары полупрозрачных и глухих зеркал, установленных соответственно перед и за исследуемым потоком, между электрооптическим ком мутатором и фотоприемным устройством