Оптические методы измерения потоков

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКОВ [c.214]

Оптические методы исследования потоков известны давно, однако в настоящее время они бурно развиваются в связи с тем, что лазерные источники излучения открыли новые возможности этих методов и расширили области их применения в научных исследованиях. Развитие тепловых явлений определяется газодинамической структурой потока, для исследования которой широко применяют оптические методы измерений. [c.214]

Во многих случаях на определение параметров отводятся малые промежутки времени — от наносекунд до миллисекунд. Распространение обычных оптических методов измерения на такие короткие времена и на чрезвычайно высокие плотности потоков требует как усовершенствования и расширения старых методов, так и развития новой измерительной техники. [c.10]

Оптические методы измерения температур имеют то преимущество, что они не оказывают почти никакого воздействия на газ, температура которого измеряется. Некоторые из этих методов являются абсолютными в том смысле, что измеряемые величины связаны с температурой хорошо обоснованными термодинамическими уравнениями. Кроме того, существует ряд методов, использующих энергию излучения. Поэтому к каждой конкретной проблеме может быть применен наиболее подходящий метод. Конечно, оптические методы обладают также и недостатками. Одним из наиболее серьезных недостатков является трудность определения точки измерения внутри газового потока. Измеренное значение обычно является средним для нескольких температурных интервалов, но сделать детальный анализ этого усреднения невозможно. Аппаратура для оптических температурных измерений сравнительно громоздка, дорога и чувствительна к термическим и механическим условиям. Во многих случаях серьезной помехой является необходимость создания оптических окон. Несмотря на ценность оптических методов при определении температуры в ряде специальных случаев, они не получили широкого распространения. [c.342]

При измерении дымности ОГ дизелей нашли применение два метода фильтрации потока ОГ определенного объема с последующим измерением степени черноты фильтра оптическим путем и метод, основанный на измерении оптических характеристик ОГ, которые зависят от ослабления светового луча при прохождении через измерительную трубку (кювету) или рассеивания светового потока содержащимися в газовом потоке частицами. [c.23]

Для измерения концентрации дискретной фазы в смеси применялись различные методы электрический — при исследовании аэрозолей [335] оптический метод регистрации рассеяния света [656] — при суммарных измерениях на больших образцах и при относительно малом числе частиц в единице объема системы регистрации с помощью счетчика соударений частиц [741] и с помощью датчиков в отдельных точках [830] — при сравнительно большом размере частиц, а также при малом содержании твердой фазы. С помощью последних методов исследуется скорее локальный поток массы, чем концентрация. [c.181]

Оптические приборы и оптические методы исследования широко применяются в самых разнообразных областях естествознания и техники. Напомним, например, об изучении структуры молекул с помощью их спектров излучения, поглощения и рассеяния света, а также о применении микроскопа в биологии, об использовании спектрального анализа в металлургии и геологии. Оптические квантовые генераторы неизмеримо расширяют возможности оптических методов исследования. Приведем несколько примеров, иллюстрирующих положение дела. Один из новых методов — голография — подробно описан в главе XI. Изучение атомно-молекулярных процессов, протекающих в излучающей среде лазеров, а также рассеяния света и фотолюминесценции с применением лазеров позволило получить большой объем сведений в атомной и молекулярной физике, равно как и в физике твердого тела. Оптические квантовые генераторы заметно изменили облик фотохимии с помощью мощного лазерного излучения могут производиться разделение изотопов и осуществляться направленные химические реакции. Благодаря монохроматичности излучения оптических квантовых генераторов оказывается сравнительно простыми измерения сдвига частоты, возникающего при рассеянии света вследствие эффекта Допплера этот метод широко используется в аэро- и гидродинамике для излучения поля скоростей в потоках газов и жидкостей. [c.770]

Оптические исследования газодинамических потоков могут вестись методами проходящего света и методами, основанными на рассеивании света. К первой группе можно отнести методы, в которых характеристики исследуемого потока определяются путем измерения изменений амплитуды и фазы световой волны, прошедшей через исследуемую область потока. Как правило, изменения параметров проходящей световой волны в неионизированной газообразной среде связывают с изменениями плотности или показателя преломления света в среде. При этом явлениями поглощения и рассеяния света на инородных включениях, переносимых потоками, обычно пренебрегают ввиду относительной малости этих эффектов. [c.215]

Поскольку основные термодинамические параметры потока могут быть выражены через плотность, определение последней через измерение показателя преломления дает возможность производить при помощи оптических методов газодинамические исследования. [c.215]

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор метода измерения зависит от особенностей поставленной задачи. Так, для измерения местных скоростей, быстро изменяющихся во времени, нельзя использовать приборы, работающие по первым трем способам. Акустический и оптический методы наиболее эффективны при изучении потоков со сверхзвуковыми скоростями. Кинематический метод может с успехом применяться как абсолютный метод при тарировке приборов. [c.482]

Высокие плотности мощности и энергии, получаемые в современных лазерных установках, могут приводить к нелинейным оптическим эффектам, которые отсутствуют при работе с обычными световыми потоками. Поэтому необходимо сводить к минимуму взаимодействие между излучением и системами контроля. Общим требованием для всех методов измерения является по возможности максимальное удаление приемника излучения от лазера. Однако, если это требование выполнить не удается и излучение контролируется непосредственно около лазера, то необходимо тщательно его отфильтровывать, чтобы исключить попадание на приемник спонтанного излучения света лампы накачки, а при работе в инфракрасном диапазоне и осветительных приборов. [c.94]

Появление стабилизированных одночастотных лазеров, в особенности лазеров с плавной перестраиваемой частотой, каковыми являются жидкостные лазеры, значительно расширит области практических применений оптических методов в системах неразрушающего контроля, метрологии, системах измерения и контроля размеров и линейных перемещений. Лазерный пучок станет более удобным инструментом для определения физико-химических свойств материалов, использования в качестве визира, измерения длины, скорости и т. д. При этом приборы на основе лазеров будут обладать исключительно высокой точностью и воспроизводимостью при локальных измерениях. Оптические доплеровские методы дадут возможность измерять скорости потоков различных жидкостей и газов. [c.322]

Широкое применение для измерения температуры и плотности потока нагретого газа находят методы спектрально-оптической диагностики. При этом информацию о состоянии газа можно получить, исследуя характеристики его излучения (поглощения) интенсивность излучения и длину волны линий, ширину и форму контура линий, зависимость интенсивности непрерывного излучения от длины волны и т. д. Перед применением того или иного метода измерения необходимо предварительно исследовать спектральные характеристики потока. Лишь после этого можно выбрать определенный оптический метод определения температуры, который обеспечивает достаточную точность измерения. [c.322]

Основной недостаток методов отбора связан с нарушением физической структуры потока. Этой погрешности, естественно, лишены непосредственные методы измерений, основанные, как правило, на использовании тех или иных оптических эффектов. Именно поэтому такие методы могут рассматриваться как наиболее надежные и перспективные. [c.212]

К числу задач первостепенной важности относится также всестороннее изучение физических процессов и движения влаги в проточной части турбины. Эти исследования проводятся как посредством измерений основных параметров потока, так и с помощью визуальных наблюдений. Последние открывают возможность уточнять картину движения жидкой фазы. Оптические методы исследования, киносъемки и визуальные наблюдения широко применяются в современных установках. [c.164]

Метод измерения средней скорости V и максимальной скорости флуктуации 1 основан на том, что в поле зрения частица наблюдается или в виде постоянной яркой точки при рассмотрении ее через прибор, движущийся с той же самой скоростью, что и частицы, или в виде полоски, если относительная скорость не равна нулю. Для создания относительного движения нет необходимости вращать весь микроскоп, достаточно приводить в движение объектив при неподвижной трубе окуляра. Схема микроскопа с вращающимся объективом, который был использован для измерения скорости в квадратном канале, представлена на рис. 5 в работе [1]. В данной статье эта схема не приводится, поскольку принцип работы микроскопа ясен из рис. 9 и 10. Объектив устанавливался на горизонтальном диске, ось вращения которого была параллельна оси трубы и несколько смещена. Один раз за полный оборот оптические оси объектива и окуляра совпадали, причем регулировка осуществлялась таким образом, что в момент совпадения осей объектив двигался в направлении потока. В результате подбора скорости вращения объектива и фактора калибровки, величина которого зависит от оптической системы, частицы, обладавшие относительной скоростью, доводились до видимого покоя. Поле потока наблюдалось только за малую долю каждого полного оборота, однако установка на вращающемся диске нескольких идентичных объективов сокращала интервал времени между последовательными наблюдениями. На рис. 9 и 10 видны три таких объектива, но аппарат, который использовался в настоящих исследованиях, был снабжен только одним объективом. [c.123]

Для рещения важных задач, связанных с исследованием потоков влажного пара, необходимо разрабатывать приборы для определения фракционного состава скидкой фазы. Из имеющихся методов измерения наиболее предпочтительны оптические, использующие явление рассеяния света при прохождении его через мутную среду. Размеры частиц, создающих мутность среды, и число их в единице объема определяют соответственно характер и интенсивность рассеянного света. [c.401]

Кроме того, производятся различные измерения и наблюдения, необходимые для выяснения особенностей течения, сравнения с теоретическими данными или объяснения экспериментальных результатов. Наиболее распространены измерения полей скоростей и давлений в различных сечениях потока, распределения давления на стенках, исследование течения в пограничном слое и наблюдение или фотографирование потока с помощью оптических методов (теневого метода, метода полос или интерферометрического метода). [c.480]

Отметим так же некоторые практические особенности упомянутых установок. Применение избыточного давления в открытой установке имеет преиму щества свободного доступа к сечению потока за решеткой, простоты управления пограничным слоем, осуществления осушки и очистки воздуха, а также больших градиентов плотности в потоке, повышающих чувствительность оптических методов. В установке, работающей на разрежение, можно достигнуть больших чисел М (в связи с меньшими абсолютными перепадами давлений), а также иметь более крупные лопатки, что облегчает их выполнение, а также проведение измерений. [c.482]

Конструкция смесителя (по выполнению внутренней стенки и тракта охлаждения) аналогична конструкции разрядной камеры. В нем предусмотрены штуцера для установки термопар в газовый поток. Имеются также тубусы, которые позволяют применять оптические методы для измерения температуры нагретого газа. [c.48]

Светорассеяние. Используется для определения концентрации механических примесей в масле на основе измерения потока оптического излучения, рассеянного на механических частицах, содержащихся в пробе масла. Использование метода требует тщательной методической проработки, связанной со стандартизацией условий приготовления проб и обеспечением их устойчивости. [c.187]

Установка была снабжена координатниками для измерения насадками полей параметров потока на входе в решетку и на выходе из нее. Для исследования решеток оптическим методом в одну из обойм вставлялось металлическое зеркало, на котором крепились лопатки. Зеркальный оптический прибор позволял фотографировать оптические картины течения по методу полос одновременно с измерением распределения давления по контуру центрального профиля и на стенке межлопаточного канала. [c.6]

Фотоэлектрические устройства для бесконтактного измерения обрабатываемых деталей перспективны в силу того, что все блоки могут быть удалены от рабочей зоны. В фотоэлектрических устройствах активного контроля поток излучения от источника света воспринимается фотосопротивлением (фоторезистором). Часто применяют дифференциальные схемы (рис. 289), работающие по методу выравнивания потоков и фиксации перемещения экрана в соответствии с размером обрабатываемой детали. В качестве источника излучения могут быть использованы- оптические квантовые генераторы (лазеры). [c.331]

В бесконтактных измерителях реализуют кинематический метод измерения параметров относительной вибрации, используя оптические, радиоволновые и др. электромагнитные поля. Среди них наибольшее применение в вибродиагностике нашли оптические методы и средства измерения параметров вибрации, которые по способу выделения информации об измеряемом параметре делят на амплитудные и частотные. К амплитудным методам измерений относят фотоэлектронные, дифракционные и интерференционные методы измерения, а также методы с использованием пространственной модуляции светового потока. [c.605]

Многоканальный метод измерения можно реализовать путем пропускания через ОА-ячейку потоков излучения от одного или нескольких лазеров с различными длинами волн, модулированных различными звуковыми частотами, с последующим выделением ОА-сигналов на каждой длине волны с помощью частотно избирательных электронных фильтров. Такой метод измерения несмотря на сложность представляется полезным для экспрессного и селективного анализа состава газов при мониторинге состава атмосферы, в хроматографии и т.п. [12]. Другой вариант многоканального метода предусматривает использование нескольких ОА-ячеек, заполненные газом при различных условиях, через которые пропускают оптическое излучение с определенными характеристиками (или несколько ОА-ячеек с идентичным газовым составом, но с элементами на входе, меняющими свойства лазерного излучения) [26]. Это особенно удобно при исследовании зависимости характеристик спектра поглощения от давления газа или характеристик излучения. [c.139]

При использовании контактных датчиков для измерения параметров турбулентных течений в атмосфере практически всегда вносится их возмущающее воздействие на структуру турбулентных неоднородностей среды. В то же время оптическое излучение, прошедшее некоторый путь в атмосфере, содержит в себе информацию о турбулентном состоянии атмосферы, которая может быть извлечена из флуктуаций его параметров. Поскольку при малых уровнях плотности светового потока оптическое излучение не изменяет характеристики среды и не оказывает влияния на перераспределение энергии в турбулентных вихрях любых масштабов, применение оптических методов для определения параметров турбулентности имеет неоспоримые преимущества перед методами, использующими контактные датчики. [c.216]

В настоящее время в исследовательской практике для определения скорости потоков жидкости и газа наиболее широкое распространение получили пневмометричвский и термоанемометрический. методы. Для измерения скорости на основе этих методов в движущийся поток вводят чувствительные элементы, которые в той или иной степени искажают картину течения. Свободными от указанного недостатка являются оптические методы измерения, которые рассмотрены в гл. 11. Значительно реже применяют другие методы измерения скорости (см. [1, 5—7]). [c.194]

Основы методики измерения высоких температур и лучистых потоков достаточно полно и подробно изложены в известных монографиях В. С. Преображенского [Л. 55], Б. С. Петухова [Л. 50], Г. Рибо [Л. 56] и др. Поэтому, не вдаваясь в рассмотрение всей проблемы в целом, остановимся лишь на некоторых принципиально важных методических вопросах, связанных с оптическими методами измерения температуры и лучистых потоков, с которыми обычно приходится сталкиваться при проведении различного рода исследований. [c.259]

При анализе дымовых газов применяются ды-момеры, в которых используются оптические методы измерения. Преобразователь содержит источник излучения и приемник разделенных потоком газов. Ослабление излучения определяется концентрацией содержащихся в газах частиц. В табл. 5.42 приведены технические данные дымомеров типов АИД, ДМП, ИЗА-02, а также технические данные влагомеров. [c.371]

Кроме методов этих двух групп разработаны и применяются-множество других методов измерения тепловых потоков, базирующихся на разнообоазных физических явлениях и эффектах. Это, например, методы, основанные на фотоэлектрических и радиометрических эффектах, оптический способ, где конвективный тепловой поток определяется по углу отклонения луча, пропорциональному градиенту температуры в ламинарном подслое, а также методы, основанные на решении обратной задачи теплопроводности. Последние используются в современной теплоэнергетике пока что меньше, чем энтальпийные методы и методы, основанные на решении прямой задачи теплопроводности. Исключение составляют методы, основанные на решении обратной задачи теплопроводности, совершенствование которых при наличии быстродействующих вычислительных машин с большой памятью создало им хорошую основу для практического использования. [c.272]

Иитерферометрический метод. В этом оптическом методе применен луч монохроматического света, который направлен на границу между покрытием и основным слоем точно таким же образом, как в микроскопическом методе исследования с помощью светового потока. Но вместо измерения отношения отраженного луча микроскоп используется для установления количества интерференционных колец, создаваемых при рассеивании света под действием уступа на границе покрытия. Число колец, умноженное на половину длины волны использованного светового луча, составляет толщину покрытия. [c.140]

Степень турбулентности е набегающего потока определялась двумя способами по тепловой шкале шара-турбулиметра [Л. 7], связывающей суммарную теплоотдачу нагретого тела со степенью турбулентности и числом Рейнольдса, и методом измерения длины теплового следа, [Л. 8]. Суть последнего заключается в том, что протяженность L спут-ной струи за нагретой проволочкой зависит от степени турбулентности е набегающего потока и может быть измерена оптическим путем. [c.258]

Эрио и Гликсман [28] измерили одномерный профиль температуры и плотность теплового потока в слое расплавленного стекла, заключенном между двумя керамическими пластинами с платиновыми обкладками. Температура пластин составляла от 1460 до 1240 К, причем измерялась она оптическим методом. Экспериментальные данные сопрставлялись с результатами расчетов как для зеркальных, так и для диффузно отражающих граничных поверхностей. В этих расчетах зависимость радиационных свойств частоты была представлена ступенчатой функцией. На фиг. 12.11 измеренное распределение температуры сравнивается с расчетными значениями для диффузных и зеркальных стенок. Видно, что экспериментальные данные ложатся <ежду этими двумя предельными расчетными зависимостями. [c.520]

В схеме прибора предусмотрен ряд устройств для юстировки. Так, правильная установка образца, обеспечивающая выход и попадание зеркально отраженного пучка на приемник 10, достигается с помощью системы зеркал 11 и приемника 1, а установка приемника 8 в точку, где собираются отраженные от зеркала 7 лучи, осуществляется визуально с помощью оптического устройства 4, снабженного волоконной оптикой. В ряду приборов отметим установку [42], где реализован относительный метод измерения TIS, и измерение а проводится сравнением с эталонным образцом, среднеквадратичная шероховатость поверхности которого измерена с максимальной точностью. Установка для измерения TIS с фотометрическим шаром фирмы Балзерс схематично изображена на рис. 6.6, где излучение от Не—Ne-лазера 1, проходя прерыватель 2, ослабитель 3 и апертуру 4, падает на поверхность исследуемого образца 5. Зеркально отраженный поток выводится из фотометрического шара через отверстие 9. Интегральное значение рассеянного потока с детектора 8 поступает на синхронный усилитель 6, куда одновременно поступает опорный сигнал падающей интенсивности. Сигнал с синхронного усилителя пропорционален отношению /о//д, входящему в формулу (6.11). Измеренное значение а индицируется на цифровом вольтметре 7. Значения а порядка 0,5 нм были измерены с помощью описанной установки фирмы Балзерс в работе [37]. Как было показано в работе [30 ], метод позволяет проводить измерения а и не дает возможности определения параметров поверхности в плоскости (X, У). Это ограничение метода TIS было преодолено в приборе, в котором была обеспечена возможность измерения углового [c.237]

В других областях, где отсутствовали возможности применить термопары и радиационные пирометры, разработка и применение лазерных методов проводилась давно. При исследованиях горячей плазмы активные бесконтактные методы измерения температуры также начали применяться на 20-25 лет раньше [1.10], поскольку в этой области не было никакой возможности адаптировать традиционные методы из-за высокой тепловой нагрузки на термозонд, влияния распыляемого зонда на параметры плазмы, а также малой оптической толщины плазмы (при этом спектр излучения существенно отличается от равновесного). Десятки лет проводится термометрия газовых и плазменных потоков с высоким временным разрешением (нано- и микросекундный диапазоны) методами лазерной интерферометрии, спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), лазерно-индуцированной флуоресценции, поскольку традиционные методы не обеспечивают такого быстродействия, какое достигается с помощью импульсных лазеров [c.10]

Для разделения лучей можно использовать самые различные устройства, например, отражающую сетку [166, 164], экран с прорезями [161], бизеркало [172]. Прп сравнении световых потоков, прошедших через поглощающую кювету, можно применить схему оптической компенсации либо электрический метод измерения отношения сигналов [166]. Оптическая компенсация может осуществляться с помощью нейтрального ослабителя, но этот метод практически мало применяется, а более распространен электрический метод сравнения интенсивностей, например, интегрирование сигналов с помощью конденсаторов к их последующее сравнение [164] или схема, позволяющая осуществить амплитудный анализ импульсов [163]. В качестве [c.173]

Среди наиболее перспективных методов измерения температур горячих газов можно назвать методы, использующие энергию излучения. Эти методы имеют много потенциальных преимуществ, так как они дают среднюю температуру, не вносят возмущений в газовый поток и становятся более чувствительными при высоких температурах. Однако существуют также и некоторые трудности. Часто бывает необходимо поддерживать строгое постоянство оптического пути. Это может оказаться очень серьезной проблемой, например, при быстроизменяю-щихся высоких температурах или при наличии больших вибраций. Поскольку оптические методы дают среднее значение для температуры газа вдоль всего оптического пути, количественная оценка градиентов температуры в общем случае невозможна. Таким образом, использовать измеренные значения для расчета других термодинамических переменных или к. п. д. машин и их мощности очень трудно. [c.340]

Результаты эксперимента. На рис. 10.5 приведены результаты измерения тепловых потоков, возникающих при разложении образцов твердого БАДЕ при различных скоростях нагревания (масса образца m яв 0,5 мг). На каждой кривой наблюдаются четыре пика. Два из них отражают эндотермический тепловой эффект и не меняют своего температурного положения (111 и 120 °С) с изменением скорости нагревания образца, т.е. обусловлены фазовыми переходами. Два других гораздо больших пика соответствуют экзотермическому тепловому эффекту. Площадь под пиками (теплота) и температура максимума существенно зависят от скорости нагревания. Это свидетельствует о том, что происхождение наблюдаемых пиков связано с процессом термоактивированного разложения. На первый взгляд может показаться, что разложение исследуемого вещества протекает в две стадии, различающиеся кинетическими параметрами (энергией активации и частотным фактором). Но в этом случае невозможно интерпретировать площади двух пиков (т.е. теплоту), высота которых меняется при изменении скорости нагревания. Следует также учесть тот факт, что оптические методы исследования дают только один пик излучения света. Удовлетворительное объяснение наблюдаемого эффекта бьшо дано на основе определения температуры плавления вещества (164°С). Двойной пик возникает в результате изменения теплопроводности и коэффициента теплопередачи между образцом и чашкой для образца в результате образования расплава исследуемого вещества. Улучшение теплового контакта исследуемого вещества с калориметром уменьшает возможность перегревания образца. В результате снижается скорость реакции и, соответственно, тепловой поток. Из рис. [c.160]

Оптические свойства. Измерение рассеяния света и двойного луче преломления в потоке позволяет получить важную информацию о размерах, молекулярном весе, полидисперсности, форме и жесткости макромолекул. Применительно к сополимерам метод расс1 яния света дает возможность также определить их средний состав и неоднородность состава. Динамич. двойное лучепреломление в потоке и определение деполяризации рассеянного света позволяют таххЖе оценить собств. анизотропию макромолекул [3, 4]. [c.370]

Оптико-акустический (ОА) эффект — это генерация акустических волн в веществе в результате поглощения оптического излучения. Впервые это явление было обнаружено Беллом, Тиндал-лем и Рентгеном в 1981 г. Основанный на этом эффекте ОА-метод измерения поглощенной веществом энергии нашел широкое применение в практике. До появления лазерных источников он успешно использовался для решения следующих физико-техниче-ских задач количественного и качественного анализа газовых смесей измерения слабых потоков оптического излучения исследования спектров поглощения газов и паров с низким спектральным разрешением определения времени жизни возбужденных состояний атомов и молекул и т. п. Обзор работ по использованию ОА-эффекта в физико-химических исследованиях с нелазерными [c.133]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...