сканирующее устройство для измерения линейных размеров нагретых газовых струй

Формула изобретения

Сканирующее устройство для измерения линейных размеров нагретых газовых струй, содержащее последовательно расположенные сканирующую систему, оптическую систему, монохроматический светофильтр и приемник излучения, формирующий сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с длиной волны ₁, а также измерительную схему и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено светоделительным устройством, расположенным между оптической системой и светофильтром, и дополнительными монохроматическим светофильтром и приемником излучения, формирующим сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с длиной волны ₂, большей длины волны ₁, расположенными перед (по ходу луча) светоделительным устройством, а измерительная схема состоит из последовательно расположенных измерителя отношения сигналов с двумя входами и одним выходом, блока согласования с коэффициентом передачи , делителя с двумя входами, один из которых является управляющим, и одним выходом, причем входы измерителя отношения подключены к приемникам излучения, а выход через блок согласования соединен с управляющим входом делителя, второй вход и выход которого подключены соответственно к приемнику излучения, сигнал которого пропорционален спектральному потоку излучения с длиной волны ₁, и к регистрирующему прибору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике испытаний ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) и может быть использовано для измерения линейных размеров выхлопных газовых струй (факелов) РДТТ и нагретых тел.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для измерения линейных размеров нагретых газовых струй в виде сканирующего пирометра излучения, содержащее последовательно расположенные сканирующую систему, оптическую систему, приемник излучения с монохроматическим светофильтром, формирующий сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с эффективной длиной волн ₁, измерительную схему и регистрирующий прибор [1].

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым техническим решением, - сканирующая система, оптическая система, приемник излучения с монохроматическим светофильтром, формирующий сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с длиной волны ₁, измерительная схема и регистрирующий прибор.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в низком уровне регистрируемого сигнала при сканировании (пограничных) участков сечения газовых струй с пониженными значениями температуры. Низкий уровень регистрируемого сигнала обусловлен тем, что сигнал на выходе измерительной схемы главным образом зависит от температуры, являясь степенной функцией последней , и при низких значениях температуры оказывается близким или ниже порога чувствительности измерительного устройства. По мере удаления от среза сопла РДТТ и от оси факела (при сканировании диаметральных сечений) температура продуктов сгорания быстро убывает, что приводит к быстрому снижению уровня регистрируемого сигнала до значений, близких или ниже порога чувствительности устройства.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности измерения линейных размеров выхлопных газовых струй с изменяющейся температурой вдоль измеряемого сечения. Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в формировании и регистрации сигнала, который не является явной функцией температуры. Точность определения линейных размеров факела РДТТ позволит повысить точность расчета теплового излучения факела и дымовых характеристик ракетного топлива [2].

Данный технический результат достигается тем, что известное устройство, содержащее последовательно расположенные сканирующую систему, оптическую систему, монохроматический светофильтр и приемник излучения, формирующий сигнал, пропорциональный потоку излучения с эффективной длиной волны ₁, а также измерительную схему и регистрирующий прибор, дополнительно содержит светоделительное устройство, расположенное между оптической системой и светофильтром, и дополнительные монохроматический светофильтр и приемник излучения, формирующий сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с эффективной длиной волны ₂, большей, чем ₁ , расположенные последовательно по ходу луча перед светоделительным устройством. Измерительная схема состоит из измерителя отношения сигналов с двумя входами и одним выходом, блока согласования с коэффициентом передачи , делителя с двумя входами, один из которых является управляющим, и одним выходом, причем входы измерителя отношения подключены к приемникам излучения, а выход через блок согласования соединен с управляющим входом делителя, второй вход и выход которого подключены соответственно к приемнику излучения, формирующему сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с эффективной длиной волны ₁, и к регистрирующему прибору.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения линейных размеров нагретых газовых струй.

Устройство содержит сканирующую систему 1, оптическую систему 2, светоделительное устройство 3, приемник излучения 4 с монохроматическим светофильтром 5, формирующий сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с эффективной длиной волны ₁, дополнительный приемник излучения 6 с монохроматическим светофильтром 7, формирующий сигнал, пропорциональный спектральному потоку излучения с эффективной длиной волны ₂, измеритель отношения сигналов 8, блок согласования 9, делитель 10 и регистрирующий прибор 11.

Устройство работает следующим образом.

Сканирующая система 1 последовательно направляет в оптическую систему 2 поток излучения Ф от излучаемых элементов, находящихся в плоскости визирования. Этот поток светоделительным устройством 3 делится на две части Ф" и Ф"", одна из которых светофильтром 5 преобразуется в монохроматический поток излучения Ф₁, падающий на приемник излучения 4, а другая светофильтром 7 преобразуется в монохроматический поток Ф₂, падающий на дополнительный приемник излучения 6. При этом на выходе приемников излучения возникают электрические сигналы U₁ и U₂, пропорциональные:





где C₁ и C₂ - оптические константы;

₁ и ₂ - спектральные коэффициенты излучения объекта измерения, соответствующие эффективным длинам волн ₁ и ₂ ;

T - температура продуктов сгорания в зоне визирования.

Напряжения U₁ и U₂ поступают на входы измерителя отношения сигналов 8, который формирует сигнал в виде напряжения U₃, пропорциональный отношению



Напряжение U₃ подается на вход блока согласования 9 с коэффициентом передачи , формирующим сигнал



Далее сигналы U₁ и U₄ поступают на входы делителя 10, на выходе которого образуется электрический сигнал-напряжение U₅, пропорциональный отношению напряжений U₁ и U₄:



Как видно из (5), напряжение U₅, регистрируемое регистрирующим прибором 11, не зависит от температуры и при "сером" характере излучения (₁₂ = 1) выхлопной газовой струи на длинах волн ₁ и ₂ напряжение U₅ является функцией спектрального коэффициента излучения ₁ (при "сером" характере излучения напряжение U₅ зависит от обоих спектральных коэффициентов излучения ₁ и ₂). Поэтому предлагаемое устройство для измерения линейных размеров нагретых газовых струй обеспечивает повышение точности измерения (по сравнению с устройством, взятым за прототип) при больших градиентах температуры вдоль сканируемого сечения газовой струи.

Источники информации

1. Поскачей А.А., Чубарев Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры. М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 175.