Лазерная анемометрия

Лазерный анемометр измеряет скорость частиц, которые присутствуют в потоке или специально вводятся в него и служат [c.228]

Одним из основных методов лазерной анемометрии является доплеровский метод измерения локальных скоростей в потоках, сущность которого заключается в следующем. Движущаяся со скоростью и частица (рис. 11.11) воспринимает некоторую круговую частоту (1), которая связана с круговой частотой падающей на нее волны о уравнением, отражающим эффект Доплера [c.228]

В Институте автоматики и электрометрии СО АН СССР создана автоматизированная система для изучения закономерностей зарождения турбулентности на примере кругового течения Куэтта. Она включает в себя гидроаэродинамический стенд с прецизионным приводом, лазерный анемометр, подсистему сбора и первичной обработки информации, выполненную в стандарте КАМАК, и ЭВМ М-4030. Автоматизированная подсистема сбора и обработки информации позволяет вводить в ЭВМ, обрабатывать и выводить большие массивы данных в реальном времени. Непосредственное подключение обычным способом измерительного комплекса на мультиплексный канал ввода-вывода ЭВМ потребовало бы разработки специального оборудования для каждого внешнего устройства. Использование же машинно-независимой приборной магистрали в стандарте [c.352]

Лазерная анемометрия 228 Лазерный анемометр 257 Линейные средства измерения 137 [c.355]

Полная схема лазерного анемометра с необходимым минимумом измерительной аппаратуры показана на рис. 3.7. Луч от когерентного источника (лазера) 1 при помощи зеркала 2 направляется на делительную пластинку 3, где раздваивается на примерно равные по мощности пучки. Блок / формирующей и передающей оптики, включающий, кроме пластинки 3, зеркало 4 и линзу б, фокусирует скрещивающиеся лучи в исследуемой точке канала II. Рассеянное на движущихся с потоком частицах излучение улавливается блоком приемной оптики III, состоящим из апертурной диафрагмы 6, объектива 7, диафрагмы поля зре-ни.ч 8 и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 9. Сигнал с ФЭУ поступает в блок обработки IV, где усиливается широкополосным усилителем II я подается на панорамный анализатор спектра 12. Типичное изображение на экране спектроанализатора показано на рис. 3.6,6. [c.120]

Рис. 3.7. Схема лазерного анемометра

Наряду с напорными трубками для измерения скоростей используют термоанемометры и лазерные анемометры. [c.40]

Настоящая глава посвящена описанию лазерных систем, предназначенных для измерения длин, размеров и линейных перемещений лазерных интерферометров, лазерных дифракционных измерителей размеров и лазерных анемометров, причем основное внимание уделено их промышленным применениям. [c.231]

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОЙ АНЕМОМЕТРИИ В ДИАГНОСТИКЕ ДВУХФАЗНЫХ ТЕЧЕНИЙ [c.52]

На рис. 2.24, б приведено изменение fz> в функцин скорости с для реше-ток-модуляторов с различным D. Сравнение диапазонов изменения доплеровской частоты для ЛДА и ЛРА говорит о том, что в ЛРА сдвиг fn на единицу скорости меньше, и поэтому проблема значительного усиления сигнала с фотоприемника не представляет трудностей, так как широкая полоса пропускания усилителя не обязательна. Так, для решетки с D=4Q0 мкм вполне достаточно иметь усилитель с полосой около 10 мГц. В этом случае легко получить усиление примерно 200—300 раз с малым шумом, приведенным ко входу усилителя. Лазерные доплеровские анемометры, как следует из принципа их действия,, инвариантны к оптическим неоднородностям, движущимся вместе с потоком. Необходимо только, чтобы коэффициент скольжения этих частиц мало отличался от единицы и частицы хорошо рассеивали свет. Поэтому калибровку лазерных анемометров по скорости можно осуш,ествлять просто с помощью вращающихся прозрачных дисков путем сравнения доплеровской частоты с угловой скоростью вращения. Сигнал дает естественные рассеивающие неоднородности, возникающие при обработке дисков. [c.54]

Обзор работ по использованию лазерных анемометров для однофазных потоков представлен в [122]. Их применение для двухфазных потоков описано в 35, 122]. Исследования, приведенные в [36, 112, 123], посвящены скольжению частиц жидкой фазы в двухфазном потоке, где почти с одинаковым успехом можно использовать как ЛДА, так и ЛРА. Однако неизбежное возникновение пленки жидкости на прозрачных стеклах канала приводит к нарушению когерентности лучей ЛДА и увеличению фоновых засветок, что выражается в увеличении шума и даже исчезновении доплеровского сигнала. В ЛРА, где когерентность луча не имеет значения, эта проблема отпадает и основная причина ухудшения сигнала объясняется фоновыми засветками. Заметим, что подобное явление сильно сказывается при работе с лазерными анемометрами в узких каналах. При исследовании двухкомпонентных потоков (воздух—вода) преимущество ЛРА в сравнении с ЛДА, использующим бипризму Френеля в качестве расщепителя луча, были очевидными. [c.55]

В применении к двухфазным потокам лазерная анемометрия обычно используется для измерений скорости, турбулентности и направления движения частиц жидкой фазы. В связи с большим пространственным разрешением, достигающим 0,1 ммз, устойчивая работа возможна при малой массовой концентрации жидкой фазы— около 1%. Измерение концентрации дискретной фазы возможно по индикатрисе рассеяния с использованием для этой цели оптики лазерного анемометра (см. 2.4), что особенно удобно для ЛРА. [c.55]

Измерение степени турбулентности требует специальной сложной обработки доплеровского сигнала, который имеет вид импульсов типа вспышек с частотой fo (ввиду случайного распределения частиц в потоке и большого пространственного разрешения оптической схемы анемометров). Не касаясь специальных вопросов обработки доплеровских сигналов, заметим, что к настоящему времени созданы ЛДА с подобной обработкой сигналов и выводом информации на цифровое табло. Практически лазерные анемометры не имеют ограничений по измерению степени турбулентности (что особенно важно для исследований в проточных частях турбомашин), а верхний предел по измеряемым скоростям определяется только способом измерения доплеровской частоты. Так, для случая использования в ЛДА фотоприемника с полосой пропускания 250 мГц при угле сведения лучей 20° верхняя граница измеряемой скорости около 400 м-с . При использовании в ЛДА эталона Фабри—Перо этот диапазон может быть увеличен до 800—1000 м.с- 1,122]. В ЛРА с т=10 и )=400 мкм (А=0,02б мГц-с-м- ), разработанном в МЭИ [35], верхний предел измеряемой скорости составил 300 м-с . Заметим, что в этом варианте анемометра ограничение по скорости лимитируется полосой пропускания усилителя. [c.55]

Рис. 6.14. Схема измерения скорости лазерным анемометром с помощью рассеяния на интерференционной картине

Однако в оптических измерениях возможен, на наш взгляд, другой, более простой и продуктивный подход к решению задачи автоматизации обработки информации. К такого рода измерениям. относятся спектроскопия, широкий класс голографических измерений, лазерная анемометрия, оптическая томография и т. д., где носителем информации является оптический волновой фронт, либо прошедший через исследуемый объект, либо отраженный от него. Автоматизация обработки с использованием ЭВМ в этом случае приводит к необходимости фотографической либо голографической регистрации этого волнового фронта, преобразования в-электрический сигнал двумерной картины, ввода в ЭВМ и затем непосредственно математического анализа. В достаточно общем случае при оптических измерениях, если исключить этапы регистрации сигнала и его преобразования, задача сводится к такой обработке волнового фронта, которая позволила бы решить уравнение (4.1) [110]. [c.111]

Отметим, что с точки зрения обеспечения оперативной обработки информации оптико-физические измерения обладают уникальными возможностями. Они обусловлены тем, что носителем информации об исследуемом объекте или процессе служит оптическое излучение. Это позволяет в принципе выполнять те или иные преобразования волнового фронта до этапа регистрации, что облегчает дальнейшую обработку и получение количественных данных. Действительно, анализ литературы показывает, что в последние годы появились оптические измерительные устройства, содержащие отдельные элементы преобразования волнового фронта, например, в интерферометрии, томографии, лазерной анемометрии и т. д. [c.111]

Для большого класса задач уравнения, описывающие взаимосвязь этих величин, являются интегральными уравнениями (ИУ) первого рода. Остановимся на некоторых методах решения этих уравнений в оптических измерительных системах, при этом можно выделить два вида оператора А. В первом случае оператор А имеет обратный оператор А , т. е. можно построить формулу обращения ИУ (4 1). К таким типам ИУ относятся часто встречающиеся в косвенных измерениях преобразования Абеля, Фурье, Радона, уравнение типа свертки и т. д. Для вычисления формул обращения некоторых из них могут быть использованы достаточно простые и широко известные схемы оптических процессоров, которые для целого ряда случаев могут дать хорошие результаты. Так, например, использование спектроанализатора для анализа оптического волнового фронта, прошедшего через гидродинамический турбулентный процесс, позволяет определить спектр турбулентных пульсаций [112] применение коррелятора позволяет определить масштабы турбулентности реализация простейших методов пространственной фильтрации в лазерных анемометрах позволяет одновременно определять размеры и скорость частиц в потоке (ИЗ] и т. д. Нетрудно заметить, что при решении именно данного класса уравнений возникает наибольшее многообразие оптических схем в зависимости от вида ядра ИУ. [c.113]

Аналогичные попытки использовать лазерную анемометрию для исследования пограничного слоя оказались неудачными. Это объясняется тем, что лазерная техника хороша лишь для исследования свободного потока, однако она менее подходит для исследования пограничного слоя вследствие помех, создаваемых металлической поверхностью лопатки. [c.204]

В настоящее время при исследовании нестационарных течений можно успешно использовать лазерную анемометрию, хотя [c.253]

Результаты измерений поля высокоскоростного потока во вращающихся решетках получены в основном при исследовании трансзвуковых компрессоров. Измерения поля потока в проточной части турбомашины осложняются проблемами препарирования лопаток. Наличие высоких напряжений во вращающихся лопатках при больших частотах вращения не позволяет просверливать в них измерительные отверстия. Поэтому измерения давления осуществляются с помощью тонких датчиков, установленных на поверхности лопаток, и скользящих колец. На не-бандажированных рабочих колесах давление измеряется также датчиками, устанавливаемыми на корпусе турбомашины. За последнее время достигнут значительный прогресс в использовании лазерной анемометрии для траверсирования поля потока в различных сечениях по высоте проточной части. [c.310]

К счастью, в институте им. Кармана было выполнено несколько отличных экспериментов с траверсированием потока в проточной части рабочего колеса трансзвукового компрессора. Эти измерения с помощью двухкомпонентной лазерной анемометрии позволили получить надежные данные для оценки достоверности используемых расчетных методов. В дополнение к экспериментальным данным с помощью различных методов установления было выполнено несколько отличных численных расчетов течения. [c.311]

В настоящее время в экспериментальной практике используются разнообразные методы определения турбулентных характеристик потока. Однако все они могут быть разделены на две большие группы. К первой группе относят методы, основанные на введении в поток индикатора (пыль, мелкие частицы), по поведению которого можно сделать вывод о параметрах турбулентности. Это методы, основанные на эффекте Доплера (лазерный, акустический анемометры), методы мгновенной фоторегистрации, разнообразные оптические методы, методы электронных пучков и т. д. Указанные методы имеют небольшую разрешающую способность приборов, для них характерны трудности юстировки оптической системы, большой объем экспериментальной информации, а также определенные трудности расшифровки показаний аппаратуры. В то же время эти методы не искажают структуры потока и находят применение в тех случаях, когда другие методы неприменимы (например, при исследовании структуры вязкого подслоя). [c.257]

ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ АНЕМОМЕТР [c.118]

Рис. 3.5. Принцип лазерной доплеровской анемометрии

В двухфазных течениях, включающих светорассеивающие частицы (капли), эффективно используется лазерная доплеровская анемометрия — бесконтактный оптический метод измерения скорости движения жидкой фазы. Этот метод можно использовать для прямого измерения коэффициента скольжения жидких (или твердых) частиц, их размеров, степени турбулентности несущей фазы. [c.52]

Рис. 2.23. Схема лазерного доплеровского анемометра по дифференциальной схеме (а) и изменение fo при различных 0 для ЛДА (б)

На рис. 2.23,6 приведены значения /с в зависимости от скорости при разных 0. Лазерный решеточный анемометр на прямом рассеянии изображен на рис. 2.24, а. Луч лазера 1 фокусируется линзой 2 в некоторой точке А потока, где частицы имеют скорость Ск- Изображение этих частиц объективом 3 переносится на плоскость решетки-модулятора 4, расположенного на катоде фотоприемника 5. Если пространственный период решетки-модулятора D, а линейный коэффициент преобразования объектива т, то доплеровская частота [c.53]

Рис. 2.24. Схема лазерного решеточного анемометра (а) и изменение /и в зависимости от Ск для ЛРА (/п=10) (б)

Рис. 2.25. Схема лазерного решеточного анемометра на обратном рассеянии (а), калибровочная зависимость ЛРА с Ло=2 (б), изменение скорости воздуха ге капель (йк=Ю мкм) (в) и изменение коэффициента скольжения (г) вдоль плоского суживающегося сопла

Анемометры (265). 4-4-2. Лазерный допплеровский анемометр для измерения скорости потока и турбулентности (270). 4-4-3. Градуировка анемометров и методы оценки режимов течения и турбулентности (270). [c.246]

Наиболее развитым разделом лазерной диагностики потоков является лазерная анемометрия — сокупность оптических методов, предназначенных для исследования структуры газо- и гидродинамических потоков с помощью лазеров. [c.228]

Кроме рассмотренной схемы ЛДИС в лазерной анемометрии широко используется схема с двумя зондирующими лучами (рис. 11.13). В этой структурной схеме элементы, которые выполняют одинаковые функции с элементами, представленными на схеме рис. 11.12, обозначены одними и теми же цифрами. Исследуемый поток 4 зондируется двумя пучками когерентного света, направляемыми при помощи передающей аппаратуры 3. В отличие от ранее приведенной схемы в блок выделения ДСЧ 8 направляется только рассеянный свет при помощи приемной аппаратуры 5, в котором содержатся две волны, рассеянные от двух зондирующих пучков. [c.230]

Принцип лазерной анемометрии основан на эффекте Доплера частота лазерного излучения, рассеянного на движущихся вместе с потоком мельчайщих частицах, изменяется пропорционально скорости этих частиц. На практи-. [c.118]

По сравнению с другими методами лазерная анемометрия имеет некоторые преимущества отсутствие возмущений, обычно вносимых датчиком в поток высокое пространственное разрешение (10- мм ) линейная связь доплеровского сигнала со скоростью потока отсутствие необходимости в тарировке чувствительность к направлению потока. Следует, однако, иметь в виду, что при измерениях в неиэотермийеских течениях возникают искажения лазерных пучков вследствие неоднородности поля плотности вещества. Эти эффекты должны быть предметом специального анализа. [c.121]

ЛА Дания, ДИЗЛ 0,001 — 100 . Лазерный анемометр. Выпускается модель с волоконно-оптическим датчиком для контроля скорости частиц в потоках газа и жидкости [c.113]

Лазерная техника дала возможность довести спектральное разрешение излучения до 10 см". Это позволило пзучать Р. с. от медленно движущихся частиц с целью установления их распределения по скоростям (доплеровская лазерная анемометрия) и разрешить тонкие особенности спектров рассеяния с помощью спец, разработанных методов оптич. гомодинирования и гетеродинирования (с.м. Детектирование света). Отличие этих методов от траднциоявых состоит в анализе ве частотных спектров рассеянного поля, а спектров его интенсивности. Этот вариант нелинейной спектроскопии Р. с. даёт возможность исследовать высшие корреляторы поля (см. Квантовая оптика), что представляет большой интерес, т, к, статистика рассеянного излучения несёт информацию о строении веществ и процессах, происходящих в них. [c.282]

Траверсирование потока в проточной части рабочего колеса вентилятора при высокой частоте вращения (с окружной скоростью 550 м/с) методом лазерной анемометрии [10.8] хорошо согласовалось с результатами расчетов квазнтрехмерного течения методом установления и другими экспериментальными данными. Это позволяет предположить, что основными причи- [c.310]

Т-6200 lO f —500 Лазерный фотонный коррелятор и анемометр с многоэлементным фотоириемником [c.113]

Оптическая диагностика двухфазных сред, бурно развивающаяся в последнее время, использует лазерные доплеровские анемометры по дифференциальной схеме (ЛДА) и лазерные решеточные анемометры (ЛРА). Различие между ними заключается в том, что пространственная решетка — модулятор в первом приборе формируется за счет интерференции двух когерентных лучей лазера в потоке, а во втором — либо проецируется в поток оптической системой, либо создается на фотоприемнике рассеянного света. Отсюда следует, что ЛРА не требует когерентного источника света и поэтому соответствующий прибор более прост по оптической схеме. Однако в связи с тем, что интерференция двух гауссовских пучков когерентного света дает решетку с синусоидальным пространственным распределением освещенности, ЛДА имеет более чистый сигнал с малым содержанием гармоник. В ЛРА обычно используют решетку с пространственным распределением освещенности (пропускания) в виде меандра, но сигнал содер-.жит высшие гармоники, т. е. менее чист . Энергетическая оценка ЛДА и ЛРА показывает, что при равных условиях ЛДА требует в 2 раза менее мощный источник света, так как при интерференции пучков в месте максимальной осве-сЩеиности пространственной решетки волны света складываются, тогда как в ЛРА половина мощности источника пропадает — затеняется пространственной решеткой-модулятором. Сравнительная оценка ЛДА и ЛРА, использующих одну и ту же оптику, проведена в [35, 122]. [c.52]

Высокое пространственное разрешение лазерных доплеровских анемометров позволяет траверсировать потоки подобно тому, как это делается обычными зондами. При уменьшении фоновых засветок прибор применим для измерения скоростей в дограничных слоях. ЛДА и ЛРА могут работать на прямом и обратном [c.55]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...