SU1652919A1

SU1652919A1 - Laser doppler anemometer

Info

Publication number: SU1652919A1
Application number: SU894638735A
Authority: SU
Inventors: Бронюс Симович Ринкевичюс; Андрей Владимирович Степанов; Александр Владимирович Толкачев
Original assignee: Московский энергетический институт
Priority date: 1989-01-16
Filing date: 1989-01-16
Publication date: 1991-05-30

Abstract

Изобретение относитс к измеритель ной технике и может быть использовало дл исследовани потоков жидкостей и газов Целью изобретени вл етс повышение точности . Излучение источника 1 с помощью устройства 2 ввода вводитс в передающий световод 3 круглого сечени с симметричным распределением показател преломте- ни . Затем излучение коллимируетс линзой 4, проходит через согласующую линзу 5 и поступает на пол ризационно-селек- тивный амплитудный делитель 6 После делени по вл ютс два пучка, фокусируемые линзой 7 в исследуемую точку потока, в которой образуетс интерференционна картина. Рассе нный на движущихс в потоке частицах свет собираетс объективом 8 на входном торце световода 9 и поступает, на фотоприемник 10, сигнал с которого направл етс на электронный процессор 11, выдел ющий доплеровский сигнал. В процессе работы анемометра из-за флуктуации температуры и неконтролируемых механических напр жений в световоде 3 измен етс состо ние пол ризации излучени поступающего на пол ризационно-селек типный делитель 6. При этом соотношение между интенсивност ми формируемых де литг-лсм зондирующих ПУЧКОВ измен етс , что приводит к изменению видности интерференционной картины Дл устранени этого состо ние пол ризации излучени , поступившего нл делитель 6, контролируетс с помощью детектора 12 Изменение состо ни пол ризации преобразуетс им ь электрический сигнал, поступающий на вход логического устройства 13, которое вырабатывает сигнал дл блока 14 коррекции, который воздействует на световод 3 до тех пор, пока пол ризаци света на входе делител не вернетс к оптимальному значению. 1 з п ф-лы, 3 ил. сл С о ел ю ю ю The invention relates to a measuring technique and can be used to study the flow of liquids and gases. The aim of the invention is to improve the accuracy. The radiation from source 1 is inputted into the transmitting optical fiber 3 of circular section with a symmetrical distribution of the refractive index using the input device 2. The radiation is then collimated by lens 4, passes through matching lens 5, and enters the polarization-selective amplitude divider 6. After dividing, two beams appear, focused by lens 7, at the flow point under study, at which the interference pattern is formed. The light scattered by particles moving in the stream is collected by the lens 8 at the input end of the light guide 9 and is fed to the photodetector 10, the signal from which is sent to the electronic processor 11, which extracts the Doppler signal. During operation of the anemometer, due to temperature fluctuations and uncontrolled mechanical stresses in light guide 3, the state of polarization of the radiation supplied to the polarization selec type divider 6 changes. At the same time, the ratio between the intensities of the generated WANDLINGS generated, which leads to a change in the visibility of the interference pattern. To eliminate this polarization state of the radiation, the incoming NL divider 6 is monitored using a detector. 12 The change in the polarization state of the transducer zuets they s electric signal supplied to the input of logic device 13 which generates a correction signal for a block 14 which acts on the light guide 3 as long as the polarization of light is not vernets divider at the input to the optimal value. 1 s p f-crystals, 3 ill. sl S o ate yu yu

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл исследовани скорости потоков жидкости и газов.The invention relates to a measurement technique and is intended to investigate the velocity of flows of liquid and gases.

Целью изобретени вл етс увеличение точности измерений.The aim of the invention is to increase the measurement accuracy.

На фиг. 1 представлена схема лазерного доплеровского анемометра; на фиг. 2 показана схема осуществлени оптической св зи между пол ризационно-селективным амплитудным делителем и детектором состо ни пол ризации; на фиг. 3 - пример выполнени блока корекции пол ризации.FIG. 1 shows a diagram of a laser Doppler anemometer; in fig. 2 shows an optical coupling scheme between a polarization selective amplitude divider and a polarization state detector; in fig. 3 shows an example of execution of a polarization correction unit.

Лазерный доплеровский анемометр (фиг. 1) содержит источник 1 когерентного излучени , в качестве которого может быть использован газовый лазер, устройство 2 ввода лазерного излучени в передающий волоконный световод 3, измерительный зонд, в состав которого входит коллимиру- юща линза 4, согласующа линза 5, пол ризационно-селективный амплитудный делитель 6, фокусирующа линза 7, приемный объектив 8, приемный многомодовый световод 9. В состав анемометра вход т также фотоприемник 10, процессор 11 доплеровского сигнала, детектор 12 состо ни пол ризации, логическое устройство 13 и блок 14 коррекции пол ризации. Световод 3 выполнен с круглым сечением и с осесим- метричным распределением показател преломлени .The laser Doppler anemometer (Fig. 1) contains a coherent radiation source 1, which can be used as a gas laser, a laser radiation input device 2 into a transmitting optical fiber 3, a measuring probe comprising a collimating lens 4, a matching lens 5 , polarization selective amplitude divider 6, focusing lens 7, receiving lens 8, receiving multimode fiber 9. The anemometer also includes a photodetector 10, a Doppler signal processor 11, a field condition detector 12 Polarization, logic device 13 and polarization correction unit 14. The light guide 3 is made with a circular cross section and with an axisymmetric distribution of the refractive index.

Устройство детектора 12 по сн ет фиг. 2. Сформированные делителем 6 зондирующие пучки 15 и 16 частично отражаютс от поверхности фокусирующей линзы 7 и поступают на детектор, выполненный в виде двух фотоприемников 17 и 18. Сигналы фотоприемников 17 и 18, пропорциональные интенсивност м зондирующих пучков 15 и 16, поступают на вход логического устройства 13, выполненного в виде схемы вычитани амплитуд сигналов. Электрический сигнал с выхода логического устройства 13, пропорциональный разности интенсивно- стей зондирующих пучков, поступает на вход блока 14 коррекции пол ризации.The detector device 12 is illustrated in FIG. 2. The probe beams 15 and 16 formed by the divider 6 are partially reflected from the surface of the focusing lens 7 and are fed to a detector made in the form of two photodetectors 17 and 18. Signals of the photoreceivers 17 and 18, proportional to the intensities of the probe beams 15 and 16, arrive at the input of the logical a device 13 configured as a signal amplitude subtraction circuit. An electrical signal from the output of the logic device 13, proportional to the difference between the intensities of the probe beams, is fed to the input of the polarization correction unit 14.

Блок 14 (фиг. 3) может быть выполнен в виде сервопривода 19, расположенного на основании 22 и механически св занного с передающим световодом 3, который образует витки 20 и 21 и жестко прикреплен к основанию 22 в точках 23-25. Сервопривод содержит штангу 26, систему переключателей 27, 28 и руко тку 29.Block 14 (Fig. 3) can be made in the form of a servo drive 19 located on the base 22 and mechanically connected with the transmitting light guide 3, which forms the coils 20 and 21 and is rigidly attached to the base 22 at points 23-25. The servo drive comprises a rod 26, a switch system 27, 28, and a handle 29.

Анемометр работает следующим образом .The anemometer works as follows.

Излучение источника 1 с помощью устройства 22 ввода вводитс в передающий световод 3. Пройд через световод 3, излучение коллимируетс линзой 4 и, пройд The radiation from source 1 through the input device 22 is introduced into the transmitting light guide 3. Pass through light guide 3, the radiation is collimated by a lens 4 and passed

через линзу 5, служащую дл согласовани перет жек зондирующих пучков с измерительной областью, поступает на делитель 6 пучка, формирующий два пучка, которые затем свод тс с помощью линзы 7, образу при пересечении измерительную область. В измерительной области образуетс интерференционна картина, видность которой зависит от соотношени интенсивностейthrough the lens 5, which serves to match the flow of the probe beams with the measurement area, enters the beam splitter 6, which forms two beams, which are then brought together with the help of the lens 7, forming a measurement area at the intersection. In the measurement region, an interference pattern is formed, whose visibility depends on the ratio of the intensities

0 зондирующих пучков и максимальна, когда эти интенсивности равны. Свет, рассе нный на частице потока при пересечении ею интерференционной картины в измерительной области, собираетс с помощью0 probe beams and maximum when these intensities are equal. The light scattered on a stream particle when it crosses the interference pattern in the measurement area is collected using

5 объектива 8 на входном торце приемного световода 9 и поступает на фотоприемник 10. Сигнал фотоприемника 10 поступает на электронный процессор 11, выдел ющий доплеровский сигнал.5 lens 8 at the input end of the receiving fiber 9 and is fed to the photodetector 10. The signal of the photodetector 10 is fed to an electronic processor 11, which extracts the Doppler signal.

0В процессе работы анемометра из-за0In the process of operation of the anemometer due to

флуктуации температуры и неконтролируемых механических напр жений в световоде измен етс состо ние пол ризаций излучени , поступающего на делитель 6. Посколь5 куделитель6 вл етс temperature fluctuations and uncontrolled mechanical stresses in a fiber change the state of polarization of the radiation supplied to the divider 6. Since the booster6 is

пол ризационно-селективным, то при изменении пол ризации падающего на него излучени измен етс соотношение между интенсивност ми формируемых делителемpolarization-selective, then when the polarization of the radiation incident on it changes, the ratio between the intensities generated by the divider changes

0 зондирующих пучков, а следовательно, уменьшаетс видность интерференционной картины в измерительной области (этим свойством обладает большинство схем делени пучка, в частности все делители, со5 держащие полупрозрачный слой неперпендикул рный к падающему пучку) Дл устранени этого эффекта состо ние пол ризации излучени , поступившего вде- литель 6, контролируетс с помощью детек0 тора 12. Изменение состо ни пол ризации преобразуетс им в электрический сигнал, поступающий на вход логического устройства 13, которое вырабатывает сигнал дл блока 14 коррекции. Блок 14 коррекции0 probing beams and, consequently, the visibility of the interference pattern in the measurement region decreases (most of the beam dividing schemes, in particular, all dividers containing a semi-transparent layer non-perpendicular to the incident beam) have this property) To eliminate this effect, the polarization state of the radiation received - the detector 6, is controlled by the detector 12. The change of the polarization state is transformed by it into an electrical signal at the input of the logic device 13, which generates a signal L for correction block 14. Correction block 14

5 механически воздействует на световод 3 до тех пор. пока пол ризаци света на входе делител не вернетс к оптимальному значению .5 mechanically acts on the light guide 3 until then. until the polarization of the light at the divider's entrance returns to the optimum value.

При этом дл варианта, представленно0 го на фиг 3, при работе сервопривода штанга 26, перемеща сь, поворачивает виток 21 относительно оси. проход щей через гонки 24 и 26. Из-за по влени в световоде 3 механических напр жений и наведенного имиIn this case, for the variant represented in FIG. 3, when the servo is operated, the rod 26, moving, rotates the coil 21 relative to the axis. passing through races 24 and 26. Due to the appearance of 3 mechanical stresses in the fiber and induced by them

5 двойного лучепреломлени происходит изменение состо ни пол ризации излучени , распростран ющегос по световоду до тех пор, пока интенсивности зондирующих пучков не станут равными. При этом видность интерференционной картины в измерительной области достигает максимального значени , что обеспечивает максимальное отношение сигнала к шуму на выходе электронного процессора доплеровского сигнала.5 of birefringence, the polarization state of the radiation propagating through the optical fiber changes until the intensities of the probe beams become equal. At the same time, the visibility of the interference pattern in the measurement area reaches a maximum value, which ensures the maximum signal-to-noise ratio at the output of the electronic processor of the Doppler signal.

В блоке 14 предусмотрена система переключателей дл изменени направлени движени штанги 26 при достижении ею крайнего положени , а также предварительна ручна установка пол ризации иэлуче- ни . котора осуществл етс поворотом витка 20 с помощью руко тки 29 вокруг оси, проход щей через точки закреплени световодов 23 и 24,In block 14, a switch system is provided for changing the direction of movement of the rod 26 when it reaches the end position, as well as pre-setting the polarization and emission manually. which is carried out by turning the coil 20 by means of the handle 29 around an axis passing through the anchoring points of the optical fibers 23 and 24,

Claims

Claim 1. Laser Doppler anemometer containing sequentially installed and optically matched coherent radiation source, radiation input device, circular transmitting optical fiber, collimating lens, polarization selective amplitude divider, focusing lens, receiving lens, receiving light guide and photodiode connected output to the processor, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, further comprises a detector

the polarization state, the logic unit and the polarization state correction unit, while the input of the polarization state detector is connected with the polarization output of the selective amplitude divider,

and the output is through a logic device with a control input of the polarization state correction unit, the transmitting fiber light guide being made with an axisymmetric distribution of

refracted.

2. The anemometer according to claim 1, characterized in that the polarization state detector is made in the form of two photodetectors optically matched with

the surface of the focusing lens, the logic unit in the form of a subtraction circuit, and the polarization correction unit in the form of a servo motor mechanically connected to the transmitting optical fiber.

i7

To faotftj ib

V3

Ft.

from $ Loka / 3