SU1262321A1 - Устройство дл измерени скорости звука в гиперзвуковом газовом потоке - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено в экспериментальной аэродикамике. Цель изобретени  - расширение диапазона и повышение точности производимых измерений. Газовый поток направл етс  в зазор между двум  плоскопараллельными пластинами, скрепленными друг с другом и с державкой. На нижней пластине установлен датчик статического давлени . Датчик плотности газа расположен в корпусе. скрепленном с державкой. Он содержит двухлучевой интерферометр, линзу, экран, световод и фотоэлектронный умножитель. Зондирующий луч интерферометра вводитс  через окно в газовый поток между пластинами, затем отражаетс  от зеркала и после интерферирует в линзе с опорным лучом. Увеличенное изображение интерференционной картигсы нроецируетс  на экране со целью, ширина которой равна 0,1 0,15 внфины изображени  интерференционной полосы. Разность фаз лучей зависит только от плотности газа между пластиназии. Электрический § сигнал с уьшожител  и сигнал с датчиW ка статического давлени  через промежуточные элементы подаютс  на регистратор . Скорость V звука определ ют расчетным путем по известной формуле где f- отношение теплоемкостей} плотность газа; f - статическое давление газа, t ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для исследования потоков в аэродинамических трубах.

Цель изобретения - расширение диа- ₅ пазона и повышение точности йроизводимых измерений.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит две плоскопараллельные пластины 1, жестко соединенные клинообразными стойками 2 между собой и с державкой 3. В одной из пластин 1 расположен датчик 4 статического .давления . Державка-3 жестко соединена с корпусом 5 лазерного интерферометра.

В корпусе 5 расположены лазер 6 с расщепителем 7 луча и с поворотными зеркалами 8, короткофокусная линза 9 и экран 10, снабженный щелью 11 и соединенный с волоконным световодом 12 фотоэлектронного умножителя 13. Нижняя пластина 1 снабжена оптическим окном 14, а верхняя - зеркалом 15, расположенными соосно с продольной осью лазера 6. Лазер 6 и фотоумножитель 13 соответственно соединены с блоками 16 и 17 питания. Датчик 4 статического давления и фотоумножитель 13 соединены через усилители 18 и 19 со светолучевым осциллографом 20. Корпус 5 лазерного интерферометра закрепляется на месте оптического окна в рабочей части аэродинамической установки.

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 6, проходя расщепитель 7, разделяется на зондирующий 21 и опорный 22 лучи. Луч 21 из расщепителя 7 проходит через канал державки 3 и оптическое окно 14 и вводится в газовый поток между пластинами 1, затем отражается от зеркала 15, вновь проходит через газовый поток и попадает на расщепитель 7, где разделяется и падает на одно из поворотных зеркал 8, с помощью которых лучи 21 и 22 пересекаются внутри короткофокусной линзы 9 и образуют интерференционное поле, увеличенное изображение которого проектируется на экран 10. Через щель 11, расположенную параллельно интерференционным полосам на экране 10, свет от фиксированного участка изображения интерференционного поля подается через волоконный

1262321 - 2 световод 12 на фотоумножитель 13.

Электрический сигнал с фотоумножителя 13, пропорциональный интенсивности света, падающего на щель экрана 10, через усилитель 19 подается на светолучевой осциллограф 20, на который через промежуточный усилитель 18 hoдается сигнал с датчика 4 статического давления.

Среднее значение интенсивности суммарного поля I(х‘ t) в области Ί пересечения двух монохроматических волн одинаковой частоты равно + 4(t)J где x , (1)

- координата по оси, перпендикулярной биссектрисе угла пересечения лучей 21 и 22;

- амплитуды волн лучей;

А, , А _А____

2s ί tioi/2

- период интерференционного поля;

А - длина волны лазера;

- угол пересечения лучей;

^(с, =

Ч,-^(t)-разность фаз двух лучей.

Разность фаз 4(t) в формуле (1) для рассматриваемой схемы интерферометра является функцией только плотности газа между пластинами 1, так как разность хода оптических лучей 21 и 22 внутри державки 3 и корпуса 5 является постоянной величиной.

Пои изменении плотности газа интерференционная картина приходит в движение и электрический сигнал с фотоэлектронного умножителя 13 становится синусоидальным, при этом число периодов сигнала прямо пропорционально изменению плотности газа между пластинами 1.

Для обеспечения необходимой пространственной разрешающей способности и для защиты фотоумножителя от перегрузки при регистрации светового сигнала ширина щели 11 выбирается по формуле n =(0,1 у 0,15)8, где а - ширина щели;

Ь- ширина интерференционной полосы на экране 10.

Используя градуировочные графики, определяют статическое давление и статическую плотность (по числу периодов синусоидального сигнала фотоэлектронного умножителя на осцилло-, грамме светолучевого осциллографа (2) .< 1262321 4 при изменении уровней плотности гАзт от известного до измеряемого), а скорость звука V определяют расчетным путем По формуле.

V#, (3) ⁵

ОС где У - отношение теплоемкостей; статическая плотность;

Ιζο статическое давление газа.

Использование изобретения в аэро- 10 динамических исследованиях существенно повышает надежность, быстродействие и точность определения квазйлокальной скорости звука в гиперзвуковых газовых потоках, позволяет расши- <5 рить диапазон применения в газовых потоках как с высокой, так и с низкой статической плотностью рабочего газа.

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено дл  исследовани  потоков в аэродинамических трубах. Цель изобретени  - расширение диапазона и повышение точности производимых измерений. На чертеже изображена принципиальна  схема устройства. Устройство содержит две плоскопараллельные пластины 1, жестко соединенные клинообразными стойками 2 между собой и с державкой 3. В одной из 1;ластин 1 расположен датчик 4 ста , тического .давлени . Державка-3 жестко соединена с корпусом 5 лазерного интерферометра. Б корпусе 5 расположены лазер 6 с расщепителем 7 луча и с поворотными зеркалами 8, короткофокусна  линза 9 и экран 10, снабженный щелью 11 и соединенный с волоконным световодом 12 фотоэлектронного умножител  1 Нижн   пластина 1 снабжена оптическим окном 1Д, а верхн   - зеркалом 15, расположенными соосно с продольной осью лазера 6. Лазер 6 и фотоумножитель 13 соответственно соединены с блоками 16 и 17 питани . Датчик 4 статического давлени  и фо- гоумножитель 13 соединены через усилители 18 и 19 со светолучевым осциллографом 2 Корпус 5 лазерного интерферометра за крепл етс  на месте оптического окна в рабочей части аэродинамической установки. Устройство работает следующим образом . Луч лазера 6, проход  расщепитель 7, раздел етс  на зондирующий 2 и опорный 22 лучи. Луч 21 из расщепи тел  7 проходит через канал державки 3 и оптическое окно 14 и вводитс  в газовый поток между пластинами 1, затем отражаетс  от зеркала 15, внов проходит через газовый поток и попадает на расщепитель 7, где раздел ет с  и падает на одно из поворотных зеркал 8, с помощью которых лучи 21 и 22 пересекаютс  внутри короткофокусной линзы 9 и образуют интерферен ционное поле, увеличенное изображение которого проектируетс  на экран 10. Через щель 11, расположенную параллельно интерференционнь1М полосам на экране 10, свет от фиксированного участка изображени  интерференционно го пол  подаетс  через волоконный 1 21 - 1 ветовод 12 на фотоумножитель 13. Электрический сигнал с фотоумножител  13, пропорциональный интенсивности света, падающего на щель экрана 10, через усилитель 19 подаетс  на светолучевой осциллограф 20, на который через промежуточный усилитель 18 hoдаетс  сигнал с датчика 4 статического давлени . Среднее значение интенсивности суммарного пол  Ivx t) в области пересечени  двух монохроматических волн одинаковой частоты равно l(x,t).2A,A,cos - -2- --y-x. + (t)j,(1) где X - координата по оси, перпендикул рной биссектрисе угла пересечени  лучей 21 и 22; амплитуды волн лучей; А,,Л, период интерференционного 2s i иЫ/2 пол ; длина волны лазера; угол пересечени  лучей; (t.. f,)-разность фаз двух лучей. Разность фаз 4(t) в формуле (1) дл  рассматриваемой схемы интерферометра  вл етс  функцией только плотности газа между пластинами 1, так как разность хода оптических лучей 21 и 22 внутри державки 3 и корпуса 5  вл етс  посто нной величиной. Пои изменении плотности газа интерференционна  картина приходит в движение и электрический сигнал с фотоэлектронного умножител  13 становитс  синусоидальным, при этом число периодов сигнала пр мо пропорционально изменению плотности газа между пластинами 1. Дл  обеспечени  необходимой пространственной разрешающей способности и дл  защиты фотоумножител  от перегрузки при регистрации светового сигнала ширина щели 11 выбираетс  по формуле R (0,1 0,15)Ь,(2) где Q - ширина щели; Ь- ширина интерференционной полосы на экране 10. Использу  градуировочные графики, определ ют статическое давление и статическую плотность (по числу периодов синусоидального сигнала фотоэлектронного умножител  на осцилло-, грамме светолучевого осциллографа при изменении уровней плотности гйзт от известного до измер емого), а ско рость звука V определ ют расчетным путем lio формуле. , Р„ где У - отношение теплоемкостей; статическа  плотность; PC статическое давление газа. Использование изобретени  в аэродинамических исследовани х существен но повьшает надежность, быстродействие и точность определени  квазИлокальной скорости звука в гиперзвуковых газовых потоках, дозвол ет расширить диапазон применени  в газовых потоках как с высокой, так и с низкой статической плотностью рабочего газа Формула изобретени  Устройство дл  измерени  скорости звука в гиперзвуковом газовом потоке содержащее державку, две плоскопараллельные пластины, установленные параллельно друг другу и скрепленные с державкой, регистрирующую аппаратуру с датчиком статического давлени , установленным на одной из пластин. н с установленным в державке датчиком плотного газа с последовательно установленными волоконным световодом и фотоэлектронным умножителем, отличающеес  тем, что, с целью расширени  диапазона и повышени  точности производимых измерений , датчик плотности газа выполнен в виде двухлучевого лазерного интерферометра , корпус интерферометра соединен с державкой, устройство снабжено последовательно установленными линзой, расположенной в месте пересечени  опорного и рабочего лучей интерферометра , и проекционным экраном, выполненным со щелью, ширина которой определ етс  зависимостью а (0,1-0,15)Б, где Q- ширина ще.пи; ширина интерференционной полосы на экране, входной торед волоконного световода оптически св зан с проекционным экраном , в ближней к интерферометру пластине выполнено оптическое окно, дальн   от интерферометра пластина снабжена зеркалом, оптическое окно и зеркало расположены Соосно с оптической осью устройства.