Разработка лазерного доплеровского анемометра для контроля скорости ветра в приземном слое атмосферы

• Автор: Брысин, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ВЕТРА В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
1.1 Обзор методов дистанционного измерения скорости ветра
1.2 Обзор основных типов оптических доплеровских локаторов
1.3 Анализ результатов применения оптических доплеровских локаторов для зондирования скорости ветра в атмосфере
1.4 Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ЛАЗЕРНОГО ДОПЛЕРОВСКОГО АНЕМОМЕТРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ВЕТРА В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
2.1 Описание принципа построения лазерного доплеровского анемометра
2.2 Анализ вариантов построения структурной схемы лазерного доплеровского анемометра
2.3 Преимущества и недостатки лазерного доплеровского анемометра для контроля скорости ветра в приземном слое атмосферы
2.4 Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК УЗЛОВ АНЕМОМЕТРА НА ЕГО ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

ЗЛ Моделирование входных сигналов
3.2 Влияние параметров элементов структурной схемы анемометра на погрешность измерений
3.3 Влияние параметров элементов структурной схемы анемометра на пространственную разрешающую способность
3.4 Влияние параметров элементов структурной схемы анемометра на его быстродействие
3.5 Влияние параметров элементов структурной схемы анемометра на максимальную дальность зондирования
3.6 Разработка методики выбора основных параметров элементов структурной схемы анемометра
3.7 Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕР НОГО ДОПЛЕРОВСКОГО АНЕМОМЕТРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ВЕТРА В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
4.1 Обоснование проводимых экспериментов
4.2 Описание экспериментальных установок
4.3 Методика обработки экспериментальных данных
4.4 Анализ результатов экспериментов
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

128 137

Физическая картина большинства реальных аэро- и гидродинамических потоков чрезвычайно многообразна и сложна, и даже в простейших случаях трудно воспользоваться для ее описания соответствующими уравнениями движения. Нелинейность задач в теоретической аэрогидродинамике и невозможность их строгого аналитического решения выдвигают на первый план экспериментальные методы измерения параметров потоков в лабораторных и естественных условиях. Это особенно касается турбулентных потоков, так как большинство естественных потоков относится к этой категории. Разнообразие объектов исследования и сложность решаемых задач требуют применения новейших достижений измерительной техники и методов исследования пространственного распределения скорости потоков.
Пространственное распределение скорости - важнейший параметр, определяющий характер течения жидких, газообразных, плазменных и многофазных сред. Методы дистанционного измерения скорости воздушных потоков, использующие лазерное излучение, позволяют выполнять одновременно локальные измерения мгновенных значений ряда параметров потоков: скоростей, температур и концентраций (плотностей) частиц.
Аппаратура дистанционного зондирования скорости ветра в приземном слое атмосферы требуется в химической и атомной промышленности для определения направления и скорости ветра в моменты аварийных выбросов токсичных и радиоактивных веществ в атмосферу, с целью прогнозирования последствий и очагов заражения. Также точная и своевременная информация о ветровом поле в приземном

где Р = — - отношение скорости рассеивателя к скорости света в

вакууме;
Ух — проекция вектора скорости рассеивателя на ось X.
При проецировании приемным объективом на фоточувствительную площадку фотоприемника, на ней проявляется интерференция этих рассеянных волн с оптическими частотами су/ и со2:
1фП =-~[Ерас • ех$1РдА+'Ерасг ' ехР 'Кг'}]2. С2-1-9)

где Ерас I и Е рас 2 - амплитуды векторов электрической напряженности рассеянных волн.
В следствие этого возникает временная амплитудная модуляция интесивности 1фц света на фоточувствительной площадке фотоприемника. При условии, что интенсивности дифрагированных пучков и амплитуды рассеянных волн, в направлении приемного объектива, равны, то выражение (2.1.9) принимает следующий вид:
, 1 - р ■ соз(90° - в)

1 + ехрг2тг(/св +/)■
— р- соз(90° -в- Ав)
7.-^—Т

>-й-Я\
(2.1.10)
, с г
где I = — Е„п„ — интенсивность каждой из рассеянных волн.

Такую амплитудную модуляцию во времени в лазерной доплеровской анемометрии часто называют «биениями».
Необходимо отметить, что выражение (2.1.10) описывает низкочастотную составляющую интерференционной картины на фоточувствительной площадке.