Лазерний двокомпонентний допплерівський анемометр

Лазерний двокомпонентний допплерівський анемометр, який складається з оптично узгодже 3 ЛДА, що заявляється усувається наступним чином. У двокомпонентного ЛДА, що заявляється, застосовується розділення каналів вимірювання у часі. З цією метою в схему ЛДА додатково вводяться три оптичні затвори, лінія затримки та генератор імпульсів. У двокомпонентному ЛДА, що заявляється також, як і у прототипу, в зону вимірювання направляються три промені. Двокомпонентний ЛДА, який вимірює Vx та Vz ортогональні складові вектора швидкості потоку, схема якого зображена на фіг.1 складається з схеми ЛДА на зустрічних променях та диференціального ЛДА. За допомогою диференційного ЛДА вимірюється Vx складова вектора швидкості потоку. Схема ЛДА на зустрічних променях призначена для вимірювання Vz компоненти швидкості. Лазерний анемометр, що пропонується, працює наступним чином. Випромінювання лазера 1 за допомогою оптичного елемента 2, напівпрозорого дзеркала 3 та призми 4 поділяється на три промені 5, 6 та 7. Лазерні промені 5, 6 та 7 відповідно проходять оптичні затвори 8, 9 та 10. Оптичні затвори 8 та 10 безпосередньо підключені до генератора 22. Оптичний затвор 9 підключений до генератора 22 через лінію затримки 11. В перший момент часу на виході генератора 22 утворюється імпульс, який поступає на оптичні затвори 8 та 10. Промені 5 та 7 гасяться оптичними затворами і не поступають у зону вимірювання 15. Лінія затримки 11 не пропускає на оптичний затвор 9 імпульс з генератора 22 впродовж тривалості імпульсу . Лінія затримки 11 повинна мати час затримки, який дорівнює тривалості імпульсу, що генерується генератором 22. Впродовж періоду імпульсу, що формується генератором 22, оптичний затвор 9 відкритий. Тому промінь 6 проходить оптичний затвор 9 і об'єктивом 12 фокусується в зону вимірювання швидкості потоку 15. Далі промінь 6 проходить об'єктив 17 та відбивається від непрозорого дзеркала 16. Після відбиття від дзеркала 16 лазерний промінь об'єктивом 17 фокусується в зоні вимірювання швидкості потоку 15. Таким чином в двокомпонентному ЛДА, що заявляється реалізована схема на зустрічних променях. За допомогою цієї схеми вимірюється Vz компонента вектора швидкості. В період часу тривалості імпульсу генератора 22 в зону вимірювання 15 направляються два зустрічних промені. Мікрочастинки, які рухаються разом з потоком рідини або газу розсіюють лазерне випромінювання. Це розсіяне випромінювання збирається об'єктивом 17 в межах апертурної діафрагми 18 та направляється на фотоприймач 20. 59113 4 Для зменшення завад, що виникають під .дією стороннього фонового випромінювання перед фотоприймачем 20 встановлена діафрагма 19. В результаті оптичного гетеродинирування на виході фотоприймача 20 утворюється сигнал, що має постійну та змінну складові. Змінна, допплерівська складова вихідного сигналу фотоприймача 20, пропорційна Vz компоненті вектора швидкості та дорівнює: f Д  2n c V 0  cos  де: nс - показник заломлення середовища, потоку що досліджується;  0 - довжина хвилі лазерного промені у вакуумі;  - кут між вектором швидкості та лазерним променем 6. Вихідний сигнал фотоприймача 20 поступає на вимірювач частоти допплерівського сигналу 21. За допомогою диференціальної схеми ЛДА вимірюється Vx компонента вектора швидкості. Впродовж часу 1   коли імпульс на виході генератора 22 відсутній, оптичні затвори 8 та 10 відкриті. Промені 5 та 6 проходять оптичні затвори 8, 10 та об'єктивом 12 направляються в зону вимірювання швидкості потоку 15. В той же період часу  на оптичний затвор 9 подається імпульс, який був до того часу затриманий лінією затримки 11. Промінь 6 гаситься оптичним затвором 9 і в зоні вимірювання швидкості потоку інтерферують тільки промені 13 та 14. Промені 13 та 14 після фокусування в зоні вимірювання 15 потрапляють на апертурну діафрагму 18. Апертурна діафрагма 18 не пропускає промені 13, 14 далі в оптичний тракт ЛДА. Таким чином, у двокомпонентному ЛДА, що заявляється, реалізована диференціальна схема вимірювання швидкості потоку. Розсіяне мікрочастинками випромінювання (від лазерних променів 13 та 14), що рухаються разом з потоком рідини або газу, збирається об'єктивом 17 та направляється на фотоприймач 20. Змінна складова сигналу, що утворюється на виході фотоприймача, пропорційна Vx компоненті вектора швидкості потоку. Вихідний сигнал фотоприймача 20 поступає на вимірювач частоти допплерівського сигналу 21. На фіг.1, представлена геометрія лазерних та розсіяних променів у диференціальній схемі ЛДА. На фіг.2 зображені: 1,  2 - хвильові вектори першого та другого розсіяних променів відповідно; S - хвильовий вектор розсіяного променя; 2  S  1   2  . 0 Допплерівський зсув частоти, що пропорційний Vx компоненті вектора швидкості буде дорівнювати: f Д  2n c V 0  cos   sin  2 5 59113 де: nс - показник заломлення середовища, потоку що досліджується;  0 -довжина хвилі лазерного промені у вакуумі;  - кут між вектором швидкості та різницевим вектором  1   2 ;  - кут між променіми 13 та 14. Двокомпонентний ЛДА, що пропонується, може знайти застосування під час дослідження характеру течії у різного типу гідравлічних систем а Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 також під час дослідження моделей літальних апаратів та їх елементів у аеродинамічних трубах. Джерела інформації 1. Durst F., Melling A., Whitelaw J.H. Principles and practice of laser-Doppler anemometer. - London etc. Acad. Pres, 1976. - 401p. (аналог). 2. Клочков В.П., Козлов Л.Ф., Потыкевич И.В., Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия. - К., Наукова думка, 1985, 759с. (прототип). Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601