Дискретная обработка сигнала в лазерной анемометрии для зондирования медленных потоков в электрокинетических и флотационных экспериментах

• Автор: Тихомиров, Андрей Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 c. : ил

ГЛАВА I. Выбор оптической схемы и способа обработки сигнала ЛДА для решения некоторых задач охраны гидросферы
§ I. Выбор оптической схемы
§ 2. Способы анализа доплеровского сигнала
§ 3. Особенности дискретной обработки доплеровского
сигнала. Обзор
ГЛАВА 2* Статистические характеристики доплеровского сигнала в системах дискретного анализа
§ I. Одночастичный резким работы доплеровского анемометра. Смещенность оценок
§ 2. Одночастичный резким работы ЛДА. Дисперсия результатов измерений
§ 3. Многочастичный резким работы ЛЇЇА при измерениях
в градиентных потоках
§ 4. Влияние шумов на измерения в многочастичном резкиме. Смещенность оценок и дисперсия результатов измерений
ГЛАВА 3. Описание экспериментальной установки. Опытная
проверка зависимостей статистических характеристик доплеровского сигнала при дискретной обработке
§ I. Оптическая часть лазерного анемометра
§ 2. Узел сдвига частоты
§ 3. Процессор доплеровского сигнала
§ 4. Экспериментальное исследование статистических
характеристик доплеровского сигнала при дискретной обработке
ГЛАВА 4. Применение методов ЛДА с дискретным анализом сигнала для решения некоторых задач охраны
гидросферы
§ I. Дзета-потенциал как характеристика устойчивости
коллоидных-систем и особенности его измерения 98 § 2. Измерение электрофоретической подвижности модельных суспензий
§ 3. Экспериментальное исследование течения пульны
в электрофло тационном аппарате
§ 4. Механизмы влияния гидродинамики на режим работы электрофлотацнонного аппарата
ЗАКЛИНЕНІЙ
ЛИТЕРАТУРА .

Экспериментальное и теоретическое изучение движения жидкостей и суспензий является важной проблемой гидродинамики и ее применений в различных областях науки и техники, в частности, в технике охраны гидросферы. Исследование процессов переноса жидкостей и взвешенных частиц в объектах охраны окружающей среды является комплексной задачей механики, химической физики, оптики и радиофизики.
В диссертации представлены результаты по разработке и применению лазерного доплеровского анемометра (ЛДА) к диагностике потоков в электрокинетических и электрофлотационных экспериментах. Применение ЛДА. с дискретным способом анализа доплеровского сигнала позволило повысить точность измерения важнейшей характеристики устойчивости дисперсных систем - дзета-потенциала, и построить вероятностную модель работы электрофдотационного аппарата.
Исследованием и внедрением в практику лазерных анемометров занимается ряд групп у нас в стране: в МЭИ, ИАЭСО АН СССР, ЦАГИ, МФТИ и за рубежом: 2)150 &{<гс1гОПи$ , Т^ГтО - ,
и другие. Разработанные системы позволяют измерять
а с
скорость от 10 до 10 гл/с с точностью локализации измерительного объема до 5 мкм в различных средах.
Использование лазеров, современной аналоговой и цифровой техники в ЛДА позволяет оперативно получать информацию о различных параметрах потока. В последние годы лазерные анемометры стали применяться для изучения электрокинетических явлении. Появились работы, посвященные применению ЛДА для исследования различзеркала 8 через поляризационные фильтры 9 направляется на фото-приемники 10. Сигнал с фотоприемников поступает на дифференциальный усилитель II и далее на блок обработки доплеровского сигнала 12. Узел, обведенный на рис. 3.1 пунктиром, может вращаться вокруг оптической оси системы и, таким образом, позволяет выбрать направление измеряемой проекции скорости. Для развязки от механических вибраций, вся оптическая система помещена на массивном основании (массой около 450 кг), находящемся на пневматических подушках, а формирующая оптика собрана в едином узле.
При исследовании крупномасштабных объектов использовалась однолинзовая формирующая система. Узел формирования изображен на рис. 3.2 ( приемная часть не показана). Здесь цифрами 1-5 обозначены теЦже элементы, что и на рис. 3.1, 6 - фокусирующая' линза ( с фокусным расстоянием 120 , 250 или 500 мм). Зеркала 5 имеют возможность перемещаться перпендикулярно оптической оси для изменения угла пересечения лучей.
Применение телескопической системы 3 позволило разрешить противоречие между получением минимального измерительного объема и сохранением достаточно большого рабочего расстояния. Как известно, диаметр лазерного пучка (по уровню интенсивности ) в фокусе сферической линзы с фокусным расстоянием Г равен /18 , 31
п _ я/г'ЛР
/ У7С^ (3.1)
где Д - длина волны, <£ - диаметр исходного пучка.
Таким образом, получение измерительного объема с линейными размерами ~10 мкм достигнуто ценой уменьшения рабочего расстояния до 10 мм ( при диаметре исходного пучка *^1 мл). Для те-