автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Лазерные доплеровские методы измерения скорости нестационарного движения конденсированных сред

На правах рукописи

Р"й 01

г 2 № Ш

НАУМОВ Игорь Владимирович

ЛАЗЕРНЫЕ ДОПЛЕРОВСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ НЕСТАЦИОНАРНОГО ДВИЖЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД

05.11.07

Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск-2000

/

Работа выполнена в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук

Научные руководители: доктор технических наук,

с.н.с. Дубнихдев Ю.Н.

доктор технических наук, с.н.с. Меледин В.Г.

доктор технических наук, с.н.с. Чугуй Ю.В.

кандидат физико-математических наук, с.н.с. Черненко A.A.

Ведущая организация: Сибирский научно-исследовательский

институт оптических систем (СНИИОС) г. Новосибирск

Защита состоится ^^2000 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д.063.34.08 при Новосибирском Государственном Техническом Университете по адресу: 630092. г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского Государственного технического университета.

Автореферат разослан « » О ф 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, додент

Официальные оппоненты:

Полубинский B.J1.

ftm-o^w-F-o^o

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие оптико-электронных приборов и комплексов для измерений кинематических и структурных параметров конденсированных сред актуально как для научных исследований, так и для высоких промышленных технологий. Многие проблемы поддаются решению только при разработке специальных, оптимизированных средств измерений и невозмущающего контроля.

Нестационарность кинематичеких характеристик присуща подавляющему большинству течений в природе и технических устройствах. Проблема изучения нестационарного движения является одной из центральных для гидр о- и аэродинамики, метеорологии, энергетики и т.д. Сложность нестационарного движения, трудности, связанные с его математическим описанием и моделированием, обусловливают особую важность развития экспериментальных методов исследований.

Измерительные технологии, основанные на методах лазерной допле-ровской анемометрии (ЛДА), наиболее эффективны при измерениях кинематики нестационарного движения конденсированных сред. В числе их преимуществ: высокое пространственное и временное разрешение, отсутствие механических возмущений исследуемой среды, возможность формирования зондирующего светового поля с заданной геометрией и широкий диапазон измеряемых скоростей.

Исследования нестационарных потоков требуют комплексного подхода, включающего визуализацию и измерение скорости методами ЛДА. На практике, измеряя скорость нестационарного движения, динамику явления можно анализировать только по конкретным реализациям процесса. Это накладывает ограничения на возможность исследования нестационарного движения на различных временных масштабах. В ряде сложных явлений (закрученные потоки, импульсное знакопеременное движение светорассеивающич поверхностей и т.д.) исследование нестационарного движения с использованием стандартных методов обработки доплеровского сигнала либо очень сложно, либо практически невозможно.

Исследование нестационарного движения конденсированных сред связано с необходимостью создания и применения автоматизированной лазерной доплеровской измерительной системы, позволяющей выполнять оценку пространственно-временного масштаба кинематических параметров и обее-

печивакмцей адаптацию алгоритмов обработки доплеровского сигнала к динамическим свойствам исследуемой среды. В подобной системе применение ЭВМ актуально не только для сбора и обработки экспериментальных данных, но и для управления различными процессами в ходе эксперимента. К этим процессам, в первую очередь, относятся управление параметрами источников и приемников лазерного излучения, автоматическое позиционирование локальной области измерения, что позволяет значительно сократить длительность экспериментов при исследовании кинематических и структурных характеристик сложных физических явлений.

Цель диссертационной работы:

1. Разработка и реализация методов и устройств автоматического управления функциональными узлами лазерных доплеровских измерительных систем, расширение функциональных возможностей ЛДИС на измерение скорости нестационарного движения поверхностей и потоков.

2. Разработка и практическое применение лазерного измерительного комплекса для исследования нестационарных закрученных потоков.

3. Разработка и применение доплеровского сигнального процессора следящего типа в лазерной измерительной системе, предназначенной для исследования кинематики знакопеременного импульсного движения светорассеивающих поверхностей.

Научная новизна диссертации:

1. Предложен и обоснован метод комплексной лазерной диагностики, включающий доплеровскую анемометрию и визуализацию, обеспечивающий измерение кинематических параметров реакции исследуемой среды на управляемое внешнее воздействие, оценку и выбор пространственно-временных масштабов, необходимых для адаптивной обработ -ки сигналов, и пространственное позиционирование зондирующего поля.

2. Выполнены исследования кинематической структуры нестационарного закрученного потока в закрытом прямоугольном контейнере. Впервые обнаружено явление низкочастотной прецессии вихревого ядра и спиральный механизм его распада. Установлено, что значение первого низкочастотного пика спектральной плотности осевой и тангенциальной компонент вектора скорости пропорционально угловой скорости внешнего циклического возмущения.

3. Впервые выполнены бесконтактные измерения кинематических характеристик (скорости, ускорения и перемещения) гидропневматического молота М10К с применением методов лазерной доплеровской анемометрии. Получена динамическая картина движения молота, проведен сравнительный анализ для различных режимов работы.

В работе использованы методы фотометрии, цифровой обработки сигналов, численного моделирования, а также экспериментальные методы исследования кинематики нестационарного движения светорассеивающих поверхностей и потоков. Теоретические оценки получены с применением методов волновой оптики и статистической радиотехники.

Достоверность результатов подтверждается созданием на основе разработанных функциональных модулей завершенных действующих макетов измерительных систем, результатами испытаний и измерений, анализом погрешностей, сопоставлением экспериментальных данных, полученных различными методами измерений.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе полученных результатов и выводов разработаны и реализованы функциональные узлы измерительных систем. Созданы действующие макеты и стенды. Разработанные измерительные системы применяются в исследованиях гидродинамики низкоскоростных закрученных потоков и импульсного знакопеременного движения светорассеивающих поверхностей. Сфера применения может быть расширена на другие области научного эксперимента и промышленного производства.

На защиту выносятся:

1. Расширение функциональных возможностей лазерной доплеровской измерительной системы и системы стабилизации кинематических режимов гидродинамического стенда для исследования низкоскоростных закрученных потоков.

2. Экспериментальные результаты по исследованию низкоскоростных нестационарных закрученных потоков.

3. Методы контроля точностных характеристик и результаты испытаний доплеровского процессора следящего типа лазерного анемометра для

измерения импульсных знакопеременных скоростей светорассеиваю-щих поверхностей.

4. Экспериментальные результаты измерения кинематических характеристик гидропневматического молота Ml ОК.

Личный вклад автора заключается в разработке функциональных модулей и интерфейсов лазерных доплеровских измерительных систем, предназначенных для измерения скорости нестационарного движения свето-рассеивающих поверхностей и потоков. Автором выполнены экспериментальные исследования, отраженные в диссертации, обработка и анализ результатов исследований.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и представлялись на: 4-ой межгосударственной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 1997 г.), международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 1998 г.), 5-ой международной конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики» (Новосибирск, 1998 г.), международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 1999 г.), 5-ой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 1999 г.), 6-ой Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики» (Новосибирск, 2000 г.), 8th International Conference on «Laser Anemometiy Advances and Application» (Roma, Italy, 1999), 9lh (Millennium) International Symposium on Flow Visualization (UK, Edinburgh, 2000), а также на научных семинарах ИТ СО РАН.

Публикации. По теме диссертации соискателем лично и в соавторстве опубликовано 18 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 3 глав, введения и заключения. Содержит 149 страниц, 4 таблицы и 47 рисунков. Список цитируемой литературы включает 152 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, дано краткое изложение содержания диссертации. Сформулированы: цель работы, наиболее важные научные результаты и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются принципы организации и работа функциональных узлов лазерных доплеровских измерительных систем. Исследуются вопросы применения вычислительной техники для управления различными процессами в ходе физического эксперимента, сбора и обрабт -ки экспериментальных данных (§1.1). Показано, что измерительный комплекс ЛДИС можно рассматривать как набор устройств (в том числе ЭВМ). на которые возложено получение, обработка и представление результатов в удобном для экспериментатора виде (рис. 1). Комплекс содержит: устройства для регистрации оптического излучения, включающие широкоапертурный прецизионный фотопреобразователь и видеокамеру, автоматизированный многофункциональный источник когерентного излучения, оптико-электронный блок ЛДА, ЗБ координатно-измерительное устройство, блок предварительной фильтрации, формирования и ввода в компьютер квадратурного доплеровского сигнала. Компьютер выполняет обработку доплеров-ского сигнала и осуществляет управление функциональными модулями измерительного комплекса.

При исследовании параметров нестационарного движения конденсированных сред большое значение приобретают фотометрические методы оценки размеров пространственных вихревых структур и временного масштаба турбулентных пульсаций потока. При реализации метода важным фактором является стабильность и воспроизводимость характеристик фотопреобразователя. Широкоапертурный прецизионный фотопреобразователь рассматривается в § 1.2. Выполнена оценка суммарной погрешности. Показано, что требуемые точностные характеристики фотоприемника - погрешность не более 0,1% - могут быть получены при термостатировании кристалла фотодетектора, работающего в фотогальваническом режиме, и резистора преобразователя фототок-напряжение с точностью не хуже ±0,2 °С (рис. 2-31.

Одним из основных методов исследования пространственно-временных характеристик гидродинамических процессов является визуали-

зация исследуемого течения. Для освещения потока в заданном сечении обычно используют газовый лазер в сочетании с оптической анаморфотной системой - "лазерный нож". Отличительной особенностью выполненной работы §1.3 является создание системы визуализации - "лазерного ножа" на основе стробируемого источника оптического излучения на полупроводниковом лазере (ПЛ). Управление температурой, током накачки и контроль параметров лазера осуществляется при помощи компьютера (рис 4). Это позволило существенно расширить функциональные возможности системы оптической визуализации, задавать различные режимы работы, такие как упрап-ление мощностью излучения, стробирование, модуляцию излучения по случайному и детерминированному алгоритму. Вместе с тем, разработка имеет самостоятельное решение и может применяться в качестве учебно-методического стенда для исследования свойств ПЛ, а также стенда для выбраковки и сравнения импульсных параметров больших партий ПЛ различных типов.

Автоматическое управление ЗБ координатным устройством позволяет значительно сократить длительность эксперимента по изучению пространственной структуры гидродинамических потоков. В §1.4 рассматривается интерфейс автоматического управления ЗО-координатным устройством в ходе эксперимента (рис. 5). Для выполнения операции преобразования перемещение-угол на направляющих валах координатного устройства установлены обтюраторы. Датчики перемещения формируют квадратурную последовательность коротких импульсов, кодирующую перемещение. Максимальная разрешающая способность координатного устройства составляет 1/20 мм для координат X, У и 1/200 мм для координаты Ъ. Координатно-измерительный стол, на котором установлен оптико-электронный блок ЛДА весом до 120 кг обеспечивает жесткую фиксацию зондирующего поля при измерениях и точное позиционирование в ортогональном координатном базисе.

Применение цифровых сигнальных процессоров дает возможность во многих случаях проводить анализ поступающих доплеровских сигналов в реальном масштабе времени. В (§1.5) исследуются особенности цифровой обработки сигналов с использованием свойств аналитического доплеровскот сигнала во временном и частотном пространствах. Анализ доплеровскот о аналитического сигнала позволяет сократить время выборки при исследовании временного масштаба турбулентных пульсаций.

Вторая глава посвящена вопросам практической реализации оптико-лазерных методов, предназначенных для измерения скорости нестационарных закрученных потоков и способам уменьшения погрешностей измерений. Интерес к изучению низкоскоростных закрученных потоков в современной гидро- и аэродинамике объясняется общепризнанным пониманием фундаментального и прикладного значения этих исследований, связанного с надеждами на построение экспериментально обоснованных физических моделей эволюции вихревых структур. Главные трудности связаны с разработкой адекватной технологии невозмущающих измерений и с созданием прецизионного экспериментального стенда, воспроизводящего режимы течений в диапазоне чисел Рейнольдса 11е=сэ112Л'=1,5-103-*-9-103. Для экспериментальных исследований таких потоков целесообразно использовать прозрачный сосуд с погруженным в жидкость вращающимся диском, возбуждающим вихревые течения.

Экспериментальные исследования низкоскоростных закрученных потоков требует комплексного подхода, включающего создание стабилизированного гидродинамического стенда и основанной на лазерной анемометрии измерительной системы, функциональные возможности которой расширены на исследование низкоскоростных нестационарных кинематических процессов.

В §2.1 рассматриваются вопросы проектирования, расчета и реализации стенда для формирования устойчивого течения с заданными параметрами. Разработан стенд для генерации закрученного потока в широком динамическом диапазоне. Возмущающие колебания гидросферы генерируются вращающимся диском в закрытом прямоугольном контейнере в диапазоне 0,05-10 об./с. (рис. 6). Стабильность вращения диска обеспечивается петлей фазовой автоподстройки частоты с погрешностью средней скорости вращения, не превышающей 0,2%.

Исследования пространственно-временного масштаба нестационарности закрученного потока выполнены с применением визуализации кинематической структуры потока методом "лазерного ножа" (§2.2). Обнаружено, что в прямоугольном контейнере формируется спиральный тип распада вихревого ядра (рис. 7). Выполнено сравнение кинематической структуры потока в цилиндрическом и прямоугольном закрытых контейнерах при одинаковых режимах. Показано, что режимы течения, при которых формируется

распад вихревой структуры, существенно отличаются для контейнеров различной геометрии.

В §2.3 приводится описание измерительного комплекса, основанног о на лазерной анемометрии, функциональные возможности которой расширены с целью исследования низкоскоростных нестационарных кинематических процессов, адекватной компьютерной обработки и представления экспериментальных результатов (рис. 1). Непосредственное применение лазерного доплеровского анемометра с адаптивной временной селекцией и визуализацией вектора скорости (ЛДА ABC) для измерения малых скоростей нестационарного движения осложняется рядом обстоятельств, связанных со структурой зондирующего поля, фиксированным временем накопления сиг -нала и проблемами фильтрации низкочастотной компоненты доплеровского сигнала. Развитие ЛДА ABC заключается в расширении его динамическо! о диапазона в сторону низких скоростей за счет непосредственной компьютерной обработки узкополосных доплеровских сигналов, сформированных в виде квадратурной пары. Выполняется фильтрация и перенос спектра фотоэлектрического сигнала в область промежуточной (нулевой) частоты нес\-щей. При этом информация о модуле скорости движения исследуемых объектов содержится в частоте, а информация о знаке скорости - в относительной фазе квадратурной пары выходного сигнала (рис. 8). Расширение функциональных возможностей ЛДИС позволяет выполнять измерения локальных скоростей нестационарных закрученных потоков в диапазоне 10"4ч-1() 1 м/с с погрешностью измерения, не превышающей 1%.

В §2.4 рассматривается алгоритм компьютерной обработки доплерон-ского аналитического сигнала от светорассеивателей, движущихся с малыми скоростями в закрученных потоках. Доплеровский сигнал анализируется в виде дискретных выборок определенного объема. Значение доплеровского сдвига частоты coD находится оценкой положения максимума модуля спектральной плотности. Исходная информация содержится в выборке смеси сигнала и шума, а спектральная плотность определяется как дискретное преобразование Фурье. Критерием качества одночастичного сигнала ЛДА является соответствие формы измеренного спектра и исходной модели:

где коэффициент, зависящий от конфигурации зондирующего оптического поля, т - номер отсчета ДПФ выборки в окрестности а>0.

За время выборки скорость исследуемой среды и, следовательно, скорость светорассеивающих частиц меняется, что приводит к уширению спектра доплеровского сигнала. Выполняется сравнение огибающих исходной модели и спектральной плотности измеренного сигнала. Значение юв оценивается из условия

где К - номер отсчета ДПФ выборки для истинного положения а>0.

Применяя предложенный алгоритм, из спектра доплеровского сигнала удается выделить информацию о направлении и величине скорости движения светорассеивателей. Методом численного моделирования выполнена оценка смещения доплеровского сдвига частоты в зависимости от частоты дискретизации. Выполнен анализ погрешности измерения доплеровско! о сдвига частоты. Показано, что погрешность оценки связана с диапазоном отношения ширины спектра доплеровского сигнала к частоте несущей, с ограничением числа отсчетов в выборке и наличием шума.

Методами лазерной доплеровской анемометрии выполнены измерения временного и пространственного распределения локальных скоростей нестационарного закрученного течения в закрытом прямоугольном контейнере (§2.5). Рассматриваются методика и условия эксперимента. На основании экспериментальных результатов впервые обнаружено явление низкочастотной прецессии вихревого ядра в диапазоне чисел Рейнольдса 1,5-103^9-1()3. Обсуждаются выявленные особенности прецессии вихревого ядра. Показано, что период низкочастотной прецессии линейно зависит от периода возмещающего колебания (рис. а частота и радиус зависят от возмущающего воздействия и не вырождаются при уменьшении числа Рейнольдса.

В третьей главе обсуждается развитие методов лазерной доплеровской анемометрии на измерение импульсных, знакопеременных скоростей и возможность применения лазерных доплеровских измерительных систем для исследования нестационарного движения светорассеивающих поверхностей.

А«

*=-Л?/2

А=-Л72

Для исследования импульсных знакопеременных скоростей предложена схема доплеровского процессора следящего типа на промежуточной несущей частоте (§3.1). Отклонение от несущей частоты в ту или другую сторону позволяет однозначно интерпретировать величину и направление движения измеряемого объекта. Следящий процессор обеспечивает полностью автоматический процесс измерений через адаптивную регулярную дискретизацию исследуемого процесса со стробируемым накоплением отсчетои, формирует последовательность коротких импульсов {С^}, пропорциональную доплеровской частоте, и сигнал о направлении движения светорассеи-вающей поверхности. Последовательность {С>г} накапливается в измерительных каналах с базой t0. Значение доплеровского сдвига частоты на временном интервале Ьо определяется как

г0

"о 4-*п

о

В §3.2 рассматриваются методики проверки точности измерения знакопеременной скорости доплеровским следящим процессором: 1) измерение времени реакции следящего процессора на гармонический частотно-модулированный сигнал прецизионного генератора, 2) измерение переменной скорости вращающегося диска, моделирующего движение объекта в заданном динамическом диапазоне, 3) измерение длины тестового объекта при знакопеременной скорости его движения. Экспериментальный стенд, моделирующий условия натурного эксперимента и обеспечивающий возможность статической и динамической аттестации, а также примеры реализации прел-ложенных методик показаны на рис. 10.

Для проверки точности измерения знакопеременной скорости использовался принцип накопления информации. При появлении движущегося све-торассеивающего объекта в области измерения формируется последовательность коротких импульсов {С^}, которая накапливается во временных измерительных каналах с фиксированной базой:

к. V . ,,-мШ, к =--2 ,

т

I, -- = -^- = ~ ■ у ^ ■ 81ёп(к) , -„ -

о К" К» ^ 4 Д

где Кп - коэффициент преобразования, определяемый параметрами оптиче-

ской схемы, а - угол между зондирующими пучками, Я - длина волны изл\ -чателя, Г - время измерения, N- количество измерительных каналов, 1„ -временная база измерительного канала (1 мс).

Разработанный доплеровский сигнальный процессор обеспечивает измерения знакопеременных скоростей в диапазоне ±10 м/с с погрешностью, не превышающей 1%. Время реакции следящего процессора при мгновенном изменении скорости ± 3 м/с составляет 2 мс.

Гидропневматические молоты ударного действия используются в обрабатывающих и добывающих отраслях. Оперативные измерения кинематических параметров этих устройств, как правило, проводятся с использованием контактных датчиков. Погрешность измерения ударной кинематики для известных датчиков составляет 10-20%, что существенно затрудняет разработку и оптимизацию конструкции пневматического молота. Расширение функциональных возможностей ЛДИС на измерение скорости нестационарного движения поверхностей позволило выполнить исследования кинематических параметров гидропневматического молота М1 ОК. Описание экспериментальной установки приведено в §3.3. Схема ЛДА измерительного комплекса показана на рис. 11.

В §3.4 приводятся результаты экспериментальных исследований кинематических характеристик гидропневматического молота М10К, обосновывается методика обработки экспериментальных данных в условиях измерения знакопеременной скорости. Измерительный комплекс обеспечивал поступление информации в реальном масштабе времени, что позволяло отслеживать динамику процесса. Были проведены следующие серии измерении импульсных характеристик: 1) измерения кинематических параметров ударника гидропневматического молота в лабораторной системе координат при давлении 6,8 и 10 атмосфер, 2) измерения кинематических параметров корпуса молота в лабораторной системе координат при давлении 6,8 и 10 атмосфер. Измерительная дистанция составляла 3200±200 мм, что обеспечивало безопасность оператора и оборудования. Выполнен сравнительный анализ экспериментальных данных по исследованию кинематических параметров молота М10 для различных рабочих режимов. Впервые получена картина движения молота (рис. 12), построены энергетические зависимости удара молота от рабочего давления. Полученная информация была использована для оптимизации конструкции молота М10К.

В заключении суммированы основные результаты:

1. Для изучения сложного нестационарного движения в закрученных потоках предложен и обоснован метод комплексной лазерной диагностики, включающий доплеровскую анемометрию и визуализацию, обеспечивающий измерение кинематических параметров реакции исследуемой среды на управляемое внешнее динамическое воздействие при числах Рейнольдса 103-ь104, оценку и выбор пространственно-временных масштабов, необходимых для адаптивной обработки сигналов, и пространст -венное позиционирование зондирующего поля.

2. Разработаны и реализованы функциональные узлы лазерной измерительной системы, ориентированные на исследование нестационарного движения конденсированных сред: широкоапертурный прецизионный фотопреобразователь для фотометрических измерений; автоматизированный источник когерентного излучения на основе полупроводниковог о лазера; сигнальный процессор, реализующий основанный на цифровом спектральном анализе адаптивный алгоритм компьютерной обработки доплеровского аналитического сигнала; интерфейс автоматического управления ЗО координатным устройством.

3. Создан экспериментальный комплекс для исследования нестационарных закрученных потоков в диапазоне скоростей 10"4-10"' м/с с погрешностью закрутки, не превышающей 0,2%, обеспечивающий визуализацию течения методом "лазерного ножа" и лазерные доплеровские измерения. Выполнены исследования кинематической структуры нестационарного закрученного потока в закрытом прямоугольном контейнере. Впервые обнаружено явление низкочастотной прецессии вихревого ядра и спиральный механизм его распада. Установлено, что значение первого низкочастотного пика спектральной плотности осевой и тангенциальной компонент вектора скорости пропорционально угловой скорости внешнего циклического возмущения.

4. Разработан и практически реализован доплеровский сигнальный процессор следящего типа для исследования импульсных знакопеременных скоростей движущихся светорассеивающих поверхностей. Обеспечивается режим измерения через регулярную адаптивную дискретизацию исследуемого процесса со стробируемым накоплением отсчетов. Время реакции следящего процессора на мгновенном перепаде скорости 0...±2 м/с с разрешением 0,1% составило 2 мс.

5. Предложены, теоретически и экспериментально обоснованы методы аттестации точностных характеристик и надежности разработанного доплеровского сигнального процессора. Создан экспериментальный стенд, моделирующий условия натурного эксперимента и обеспечивающий

возможность статической и динамической аттестации лазерных систем, выполняющих измерения знакопеременных скоростей в диапазоне ±10 м/с с погрешностью, не превышающей 1 %.

6. Впервые выполнены бесконтактные измерения кинематических характеристик (скорости, ускорения и перемещения) гидропневматического молота М10К с применением методов лазерной доплеровской анемометрии. Исследована динамическая картина движения молота, построены энергетические зависимости удара молота от рабочего давления. Полученная информация была использована для оптимизации конструкции молота М10К.

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Бакакин Г.В., Меледин В.Г., Наумов И.В. Лавинные фотоприемники лазерных доплеровских измерителей скорости на основе полупроводниковых лазеров // Оптические методы исследования потоков: Материалы 4-ой межгосударственной научно-технической конференции. - Москва,

1997 г. - С. 28-30.

2. Бакакин Г.В., Наумов И.В. Лавинные фотопри^мники для теплофизиче-ских экспериментов // Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики: Сборник трудов 5-ой международной конференции молодых ученых. - Новосибирск, 1998 г. - С. 346-350.

3. Бакакин Г.В., Наумов И.В. Прецизионный фотопреобразователь // Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики: Сборник трудов 5-ой международной конференции молодых ученых. - Новосибирск, 1998 г.-С. 351-356.

4. Бакакин Г.В., Меледин В.Г., Наумов И.В. Широкоапертурный прецизионный фотоприемник // Приборы и техника эксперимента, 1999. - № 1. -С. 100-104.

5. Бакакин Г.В., Меледин В.Г., Наумов И.В. и др. Полупроводниковый лазер и его характеристики // Новые информационные технологии в университетском образовании: Материалы международной научно-методической конф. Новосибирск, 1998 г. - С. 24-25.

6. Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г., Наумов И.В. и др. Полупроводниковый лазер. Методические указания // НГТУ, издание № 900. - Изд. НГТУ,

1998 г. - 42 с.

7. Бакакин Г.В., Меледин В.Г., Наумов И.В. и др. Сетевой вариант лабораторной работы "Полупроводниковый лазер и его характеристики" // Новые информационные технологии в университетском образовании: Материалы международной научно-практической конф. - Новосибирск, 1999г.-С.183.

8. Наумов И.В. Компьютерный стенд для изучения кинематики вращающихся объектов // Новые информационные технологии в университетском образовании: Материалы международной научно-практической конф. - Новосибирск, 1999г. - С. 48-49.

9. Наумов И.В. Установка для исследования вихревых потоков // Оптические методы исследования потоков: Материалы 5-ой международной научно-технической конференции. - Москва, 1999. - С. 36-37.

Ю.Варламова Е.А., Наумов И.В. Структура угловых вихрей в кювете квадратного сечения // Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики: Материалы 6-ой Всероссийской конференции молодых ученых. - Новосибирск, 2000. - С. 16-17.

П.Наумов И.В., Варламова Е.А. Экспериментальное исследование распада вихря в закрытом контейнере // Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики: Материалы 6-ой Всероссийской конференции молодых ученых. - Новосибирск, 2000. - С. 39-40.

12. Наумов И.В. Развитие функциональных возможностей ЛДА ABC для измерений в слабозакрученных низкоскоростных потоках // Оптические методы исследования потоков: Материалы 5-ой международной научно-технической конференции. - Москва, 1999. - С. 38-39.

13. Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г., Наумов И.В., и др. Лазерная диагностика низкоскоростных закрученных потоков //Автометрия, 2000. - № 5. - С. 30-39.

14. Наумов И.В. Лазерная доплеровская анемометрия слабозакрученных потоков // Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики: Материалы 6-ой Всероссийской конференции молодых ученых. - Новосибирск, 2000. - С. 37-38.

15.Dubnishchev Yu.N., Meledin V.G., Naumov I.V. The laser diagnostics of a low-speed swirled flows. 9-th (Millennium) International Symposium on Flow Visualization. UK, Edinburgh, 2000. CD-ROM Proc. P. 417.1-417.6.

16.Бакакин Г.В., Наумов И.В., Похальчук И.А. и др. Лазерный информационно-измерительный комплекс реального времени для учета и технологического контроля параметров горячего проката // Оптические методы исследования потоков: Материалы 4-ой межгосударственной научно-технической конференции. - Москва, 1997,-С. 13 8-140.

17.Бакакин Г.В., Меледин В.Г, Наумов И.В., Сотников В.В. Лазерный измерительный комплекс для исследования гидроимпульсных устройств // Оптические методы исследования потоков: Материалы 5-ой международной научно-технической конференции. - Москва, 1999. - С. 13-14.

18.Bakakin G.V., Meledin V.G., Naumov I.V., Sotnikov V.V. The laser measuring complex for the investigation of the hydroimpulsive devices // Laser Anemometry: Advanced and Applications: Proc. of the 8th International Conference. -Rome, Italy. 1999. p. 45-54. Editors: A.Cenedese, D.Pietrogiacomi.

Рис. 1. Структурная схема автоматизированного оптико-лазерного измерительного комтекса

—> Выход

Цт[мВ] ♦16

Яос

-о

♦т'с ♦т'С ♦т'С 1

* * основание '

"С 1т"с

основание

шишияшяшшяюш

Т'С

О 400

1200 1600 1800 [с]

Рис. 3. Начальный дрейф темпового Рис. 2. Функциональная схема фотопреобразователя напряжения на выходе фотоприемника

Модуя» сопрммнмя

Источник тона накачки ламра

Стабилизатор температуры

иалучаталь

Й

з

4.2

4.3

4.4

Рис.4.Функционачьная схема автоматизированного формирователя светового потока на основе полупроводникового лазера

Компьютер Кв-232

и!

Источник питания двигат«л*й

/3

Кооминатные двигатели Датчики перемещения «

IX

±ъ

1

Рис. 5. Интерфейс Зй координатного устройства

Рис. 6. Стенд генерирующий стабильное закрученное течение.

1 кювета, 2 двигатель, 3 диск с оптико-электронным устройством, 4 формирователь опорной частоты вращения, 5 частотно-фазовый компаратор, 6 источник напряжения.

8250 8260 8270

8290 8300 8310 8320 (мс)

Рис. 7. Визуализация структуры распада вихревого ядра спирального типа в закрытом контейнере прямоугольного сечения

/

Период «шбуадения (с)

Рис. 8. Дискретизироеанный квадратурный доплеровский сигнал от одиночных светорассеивателей (использована кубическая сплайн-интерполяция)

Рис. 9. Зависимость периода первого низкочастотного спектрального пике пульсаций компонент вектора скорости от периода возбуждения

ОЫИСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ

Движение светорассеивающей поверхности из состояния покоя до У=сопх1:

Знакопеременное движение светорассеивающей поверхности (алюминиевая пластина 600 мм)

Рис. 10. Стендовые испытания ЛДИС для исследования импульсного знакопеременного движения светорассеивающих поверхностей

Рис. 12. Кинематические параметры ударника

молота (6 атм.) А - скорость, Б - перемещение, В -ускорение

Рис. 11. Схема ЛДА измерительного комплекса для исследования кинематических характеристик гидропневматического молота М10К

ЫЮ «ХО 3000

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 РАЗВИТИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ

ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЛАЗЕРНОЙ ДОПЛЕРОВСКОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

1.1 Структура автоматизированного лазерного измерительного комплекса.

1.2 Широкоапертурный прецизионный фотопреобразователь для фотометрических методов измерения параметров движущихся сред.

1.3 Полупроводниковый лазер - многофункциональный источник когерентного излучения

1.4 Организация интерфейса автоматического ЗБ позиционирования измерительного объема ЛДИС.

1.5 Обработка доплеровских сигналов и выделение доплеровского сдвига частоты при нестационарном движении потока цифровыми методами

Выводы по Главе

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКРУЧЕННЫХ

НИЗКОСКОРОСТНЫХ ПОТОКОВ ОПТИКО-ЛАЗЕРНЫМ МЕТОДОМ.

2.1 Стенд для генерации устойчивого течения с заданными параметрами.

2.2 Визуализация структуры закрученных потоков методом "лазерного ножа"

2.3 Экспериментальный комплекс на основе ЛДИС для измерения скоростей закрученных потоков

2.4 Компьютерная обработка доплеровских сигналов в лазерном измерительном комплексе для исследования закрученных потоков

2.5 Экспериментальные результаты исследования закрученных потоков

Выводы по Главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО ДВИЖЕНИЯ СВЕТОРАССЕИВАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДАМИ ЛАЗЕРНОЙ ДОПЛЕРОВСКОЙ АНЕМОМЕТРИИ

3.1 Схемотехнические решения, направленные на расширение функциональных возможностей ЛДИС для исследования нестационарного движения светорассеивающих поверхностей.

3.2 Стендовые испытания лазерного измерительного комплекса для исследования знакопеременного движения светорассеивающих поверхностей.

3.3 Лазерный измерительный комплекс для исследования кинематических характеристик гидропневматического молота М10К

3.4 Экспериментальные результаты исследования кинематических характеристик молота М10К и методы обработки данных

Выводы по Главе

Развитие бесконтактных методов измерений кинематических и структурных параметров конденсированных сред связывается с возможностями оптики, лазерной техники и современных систем обработки информации [1-20].

Нестационарность кинематичеких характеристик присуща подавляющему большинству течений в природе и технических устройствах. Проблема изучения нестационарного движения является одной из центральных для гидро- и аэродинамики, метеорологии, энергетики и т.д. Сложность нестационарного движения, трудности, связанные с его математическим описанием и моделированием, обусловливают особую важность развития экспериментальных методов исследований [21-31].

Измерительные технологии, основанные на методах лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА), наиболее эффективны при исследованиях кинематики нестационарного движения конденсированных сред. В числе их преимуществ: высокое пространственное и временное разрешение, отсутствие механических возмущений исследуемой среды, возможность формирования зондирующего светового поля с заданной геометрией и широкий диапазон измеряемых скоростей [26-46].

Исследования нестационарных потоков требуют комплексного подхода, включающего визуализацию и измерение скорости методами ЛДА. На практике, измеряя скорость нестационарного движения, динамику явления можно анализировать только по конкретным реализациям процесса. Это накладывает ограничения на возможность исследования нестационарного движения для различных временных масштабов. В ряде сложных явлений (закрученные потоки, импульсное знакопеременное движение светорассеивающих поверхностей и т.д.) исследование нестационарного движения с использованием стандартных методов обработки доплеровского сигнала либо очень сложно, либо практически невозможно.

Для исследования нестационарного движения необходима автоматизированная лазерная доплеровская измерительная система, позволяющая выполнять оценку пространственно-временного масштаба случайных параметров и обеспечивать адаптацию алгоритмов обработки доплеровского сигнала к временным характеристикам нестационарного движения исследуемой среды.

Лазерные доплеровские измерительные системы (ЛДИС), ориентированные на применение в гидро- и аэродинамике, достаточно сложны. В целях повышения точности измерений, обеспечения их автоматизации, а также для унификации аппаратных и программных средств, на практике все большее распространение получают компьютеризированные измерительные системы [47-49]. Сигналы, содержащие измерительную информацию и поступающие с выхода оптического датчика ЛДИС, вводятся в компьютер при помощи высокопроизводительного интерфейса. Там сигналы обрабатываются с применением специализированных цифровых алгоритмов. МикроЭВМ, как составная часть цифрового электронного процессора обработки сигнала, позволяет реализовать сложные алгоритмы обработки и адоптировать их параметры к свойствам принимаемых сигналов. В лазерных доплеровских измерительных системах ЭВМ, как правило, используется только как составная часть цифрового процессора. В выпускаемых за рубежом ЛДИС, например IFA 550 и IFA 750 фирмы TSI (США), применяются технические решения, основанные на базовых схемах счетно-импульсных алгоритмов и алгоритмов с адаптивной автокорреляционной обработкой [49]. В этих ЛДИС ЭВМ используется как цифровой сигнальный процессор, без учета специфики управления параметрами источников и приемников лазерного излучения, а так же автоматических 3D перемещений локальной области измерения вектора скорости в исследуемом объеме.

Разнообразие задач применения ЛДИС определяет значительное число параметров системы, на которые экспериментатор должен оперативно воздействовать. Таким образом, в ходе адаптации ЛДИС к конкретной задаче, требуется обеспечить гибкость системы, позволяющую получать требуемые экспериментальные характеристики. Стремительное развитие мини-ЭВМ делает сегодня экономически оправданным использование вычислительной техники для управления различными процессами в ходе экспериментов, а также для сбора и архивирования данных. Разработка и реализация методов автоматического управления функциональными узлами ЛДИС входит в круг проблем, рассматриваемых в диссертации.

Фотоэлектрический преобразователь оптического сигнала в лазерных доплеровских технологиях является важнейшим звеном во всей цепи преобразования информации. В его функции входит фотосмешение и преобразование световых квантов в электроны, усиление и временная фильтрация фототока [50-57].

Фотометрические методы находят широкое применение в практике физического эксперимента [58-64]. Примером реализации оптических принципов в измерительной технике является фотометрический способ измерения линейных размеров [60]. Точность измерений в значительной степени определяется метрологическими характеристиками фотопреобразователя.

При обработке сигналов важным фактором является стабильность и воспроизводимость характеристик фотоприемников в различных температурных условиях. Методики определения основных параметров фотоприемников ЛДИС крайне незначительно отражены в литературе [59, 61, 63]. Решения перечисленных проблем, в том числе разработка и реализация широкоапертурного прецизионного фотоприемника с возможностью дистанционного управления чувствительностью посредством ЭВМ, представлены в диссертационной работе.

Одним из основных методов исследования пространственно-временных характеристик гидродинамических процессов является визуализация исследуемого течения. В случае исследования нестационарных течений визуализация позволяет выполнить качественную оценку диапазона колебаний скорости потока. Для освещения потока в заданном сечении обычно используют газовый лазер в сочетании с оптической анаморфотной системой - так называемый «лазерный нож». Применение в осветителе полупроводниковых ин-жекционных лазеров представляется перспективным [65-72]. Это объясняется их компактностью, механической прочностью, высоким КПД, низким уровнем шумов и значительной мощностью выходного излучения, превышающую мощность гелий-неоновых лазеров. Однако полупроводниковые лазеры (ПЛ) имеют особенности, затрудняющие непосредственное применение в оптических измерительных системах и требующие осторожного обращения. К ним относятся: широкая диаграмма направленности лазерного пучка, узкий рабочий диапазон токов накачки, сильная зависимость модового состава и спектральной полосы излучения от тока накачки и температуры [73, 74]. Полупроводниковая лазерная анемометрия развивается в направлении поиска схемных решений, компенсирующих указанные ограничения [66, 69-71]. В ходе диссертационных исследований разработан малогабаритный источник когерентного света на основе полупроводникового лазера [71, 75]. Отличительная особенность разработки заключается в том, что управление и контроль параметров ПЛ полностью осуществляется при помощи ЭВМ. Это позволяет существенно расширить функциональные возможности ПЛ излучателя, задавать различные режимы работы, такие как непрерывное и модулированное по заданному закону излучение, а также генерация строб-импульсов с синхронным детектированием оптического сигнала. Вместе с тем, разработка имеет самостоятельное решение и может применяться в качестве учебно-методического стенда для исследования свойств ПЛ, а также стенда для выбраковки и сравнения параметров больших партий ПЛ различных типов.

Перспективным направлением развития методов измерений в лазерных доплеровских технологиях является создание компьютеризированного комплекса на основе лазерного доплеровского анемометра (ЛДА) и координатного устройства, обеспечивающего автоматическое сканирование измерительной области и измерение вектора скорости. Автоматическое управление ЗБ координатным устройством в процессе исследования структуры потока позволяет существенно упростить измерения пространственного поля скорости в исследуемом объеме, значительно сократить длительность экспериментов и осуществить переход от локальных измерений к исследованию пространственных ЗБ распределений средней скорости и турбулентных пульсаций потоков.

Большой объем информационных массивов, получаемых в ходе физических экспериментов в сочетании с развитием цифровых компьютеризированных измерительных систем, делают актуальной задачу непосредственной обработки сигналов на компьютере [76-82]. Компьютерная обработка доплеровских сигналов в ряде случаев позволяет избежать применения сложных и дорогостоящих специализированных доплеровских электронных процессоров [41-43, 46, 83]. Однако, применяя компьютерную обработку, необходимо в полной мере учитывать специфику доплеровских сигналов [85].

Работа лазерных доплеровских систем основана на определении параметров рассеянного исследуемым объектом оптического излучения [28, 86-88]. Взаимодействие света и вещества носит случайный характер. При регистрации рассеянного света неизбежны флуктуации сигналов, обусловленные как ограниченной когерентностью световых полей, так и корпускулярным характером носителей информации - фотонов. Для минимизации ошибки определения до-плеровского сдвига частоты необходимо учитывать эффекты как сигнального, так и аппаратного уширения доплеровского спектрального пика [44, 89-91]. Разработка и реализация методов компьютерной обработки доплеровских сигналов входит в круг проблем, рассматриваемых в диссертации.

Важной частью диссертационной работы являются практическая реализация и применение доплеровских измерительных систем в научных исследованиях. Решение задач гидро- и аэродинамики, связанных с точным измерением динамических характеристик полей скорости, требуют применения в лазерных доплеровских технологиях наиболее совершенных методов и технических решений. Закрученные потоки широко распространены в природе и современных технологиях. Интерес к изучению низкоскоростных закрученных потоков в современной гидро- и аэродинамике объясняется общепризнанным пониманием фундаментального и прикладного значения этих исследований, связанного с надеждами на построение экспериментально обоснованных физических моделей эволюции вихревых структур [92-96]. Главные трудности здесь заключаются в необходимости разработки адекватной технологии невозмущающих измерений и создания прецизионного экспериментального стенда, воспроизводящего режимы течений при числах Рейнольдса 1.5х103-ь9х103. Именно в этом диапазоне происходит существенная перестройка структуры вихревого ядра закрученного потока, проявляющаяся в пространственно-временных изменениях тангенциальной и осевой компонент вектора скорости.

Для изучения нестационарного движения закрученных низко-скоростных потоков перспективны невозмущающие оптические методы измерения скорости, в первую очередь лазерная доплеровская анемометрия [48]. Непосредственное применение лазерного доплеровского анемометра с адаптивной временной селекцией и визуализацией вектора скорости (ЛДА ABC) для измерения малых скоростей нестационарного движения осложняется рядом обстоятельств. Они связаны со структурой зондирующего поля, фиксированным временем накопления сигнала без учета временных характеристик нестационарности и проблемами фильтрации низкочастотной компоненты доплеровского сигнала, поскольку в области низких и ин-франизких частот известные методы оказываются малоэффективными [24, 99-102]. Измерение малых скоростей сопряжено с определенными трудностями. С целью минимизации влияния динамических инерционных эффектов на погрешность измерения, предъявляются повышенные требования к выбору светорассеивающих частиц (малые размеры и монодисперсность) [28, 94, 97-102].

Исследования низкоскоростных закрученных потоков требует комплексного подхода, включающего создание стабилизированного гидродинамического стенда; основанной на лазерной анемометрии измерительной системы, функциональные возможности которой расширены на исследование низкоскоростных кинематических процессов; создание методов адекватной компьютерной обработки и представления экспериментальных результатов [98, 103-109]. Разработка и реализация методов и средств исследования потоков такого типа входит в круг проблем, рассматриваемых в диссертации.

Малые скорости и, как следствие, малые доплеровские частоты позволяют проводить компьютерную обработку сигналов при использовании сравнительно дешевых аппаратных средств накопления и обработки сигналов [109]. Это существенно снижает стоимость экспериментального оборудования при сохранении высоких точностных характеристик. В диссертационной работе разработан алгоритм цифровой обработки доплеровского сигнала, основанный на интегрировании спектра доплеровского сигнала. Алгоритм позволяет выделять информацию о направлении и скорости светорассеи-вающих частиц в исследуемом потоке.

Турбулентные процессы являются наиболее сложными для экспериментальных исследований, в том числе методами ЛДА [29, 94, 110-112]. В случае закрученных потоков необходимо учитывать прецессию вихревого ядра и нестационарность сопутствующих гидродинамических процессов [113-116]. Течение в закрытом контейнере с вращающейся крышкой, генерирующей вихревую структуру, является достаточно простой моделью для изучения вихревой структуры закрученных потоков. При этом скорость закрученных потоков определяется скоростью вращения крышки. При малых числах Рейнольдса период прецессии вихревого ядра становится существенно долгим. Методы визуальной диагностики не позволяют достоверно определить степень влияния прецессии вихревого ядра на картину физического явления. Это затрудняет разработку адекватных теоретических моделей и методов расчета вихревого движения [117, 118]. В рамках диссертационной работы выполнены экспериментальные исследования по комплексному изучению закрученных низкоскоростных потоков [97, 118-121]. Впервые получены пространственные и временные распределения скорости в закрытом контейнере прямоугольного сечения.

Другим примером нестационарного импульсного движения, изучение которого требует расширения функциональных возможностей ЛДА, является динамика гидропневматических молотов ударного действия. Такие молоты широко используются в обрабатывающих и добывающих отраслях промышленности. Оперативные измерения кинематических параметров устройств данного типа, как правило, проводятся с использованием контактных датчиков [63, 122-125]. Погрешность измерения при этом составляет 10-20%, что существенно затрудняет разработку и оптимизацию конструкций.

Применение бесконтактных методов позволило бы значительно улучшить точность измерения кинематических параметров и реализовать, при необходимости, возможность дистанционных измерений, обеспечивающих сохранность оборудования и безопасность экспериментатора. Известные ЛДИС для промышленных технологий имеют погрешность измерения 0,1% [127-130], но не позволяют проводить динамические измерения импульсных процессов без существенной модификации- В свою очередь ЛДИС, предназначенные для гидрогазодинамических экспериментов [42, 72, 132], обеспечивают измерения динамики турбулентных процессов, но не обладают измерительной дистанцией и геометрией зондирующего поля необходимыми для контроля кинематики гидропневматитеских молотов в реальном времени. Развитие функциональных возможностей ЛДИС на измерение скорости импульсного знакопеременного движения све-торассеивающих поверхностей, проведенное в диссертации, позволило успешно применить методы доплеровской анемометрии в исследовании гидроимпульсных устройств [131, 133].

В серийных ЛДИС фирмы БАЫТЕС [134], предназначенных для измерения локальной скорости потоков, система обработки счетно-импульсного типа не учитывает особенностей структуры сигнала от светорассеивающей поверхности, находящейся в состоянии импульсного знакопеременного движения и подверженной воздействию высокочастотных колебаний и вибраций [135-141].

Доплеровские сигнальные процессоры, ориентированные на применение в промышленных технологиях, должны обеспечивать точные измерения в условиях значительных и непредсказуемых отклонений параметров объектов. При этом работа, настройка и адаптация систем должны осуществляться полностью в автоматическом режиме. Для изучения импульсных движений исследуемого объекта необходимо отслеживать динамику процесса и учитывать время реакции измерительной системы [46, 129, 142-148].

Важным этапом в разработке алгоритмов обработки доплеров-ских сигналов является аттестация по точности и надежности доп-леровских сигнальных процессоров [149, 150]. Метрологическое обеспечение требует создания измерительных стендов, обладающих повышенными точностными характеристиками. Стенд должен обеспечивать как статическую так и динамическую аттестацию на эталонных тест-сигналах, возможность проведения аттестации в условиях максимально приближенных к натурному эксперименту. Разработка технических и схемных решений этой задачи вошли в число направлений, рассматриваемых в диссертации.

Как известно, в нашей стране серийное производство лазерных доплеровских измерительных систем отсутствует. Зарубежные фирмы (TSI, DANTEC, MALVERN) производят приборы для лазерной диагностики малыми партиями. Цена этих приборов колеблется в интервале 200 - 600 тыс. долларов за экземпляр. В диссертации разработаны и реализованы технические решения в виде действующих макетов лазерных доплеровских измерительных систем для научных исследований и промышленных технологий, приведены результаты их применения в ряде задач экспериментальной гидродинамики и в промышленных технологиях.

Цель диссертационной работы:

1. Разработка и реализация методов и устройств для автоматического управления функциональными узлами лазерных доплеровских измерительных систем, расширение функциональных возможностей ЛДИС на измерение скорости нестационарного движения поверхностей и потоков.

2. Разработка и практическое применение лазерного измерительного комплекса для исследования кинематической структуры нестационарных закрученных потоков.

3. Разработка доплеровского сигнального процессора следящего типа в лазерной измерительной системе, предназначенной для исследования кинематики знакопеременного импульсного движения светорассеивающих поверхностей.

Научная новизна диссертации:

1. Предложен и обоснован метод комплексной лазерной диагностики, включающий доплеровскую анемометрию и визуализацию, обеспечивающий измерение кинематических параметров реакции исследуемой среды на управляемое внешнее воздействие, оценку и выбор пространственно-временных масштабов, необходимых для адаптивной обработки сигналов, и пространственное позиционирование зондирующего поля.

2. Выполнены исследования кинематической структуры нестационарного закрученного потока в закрытом прямоугольном контейнере. Впервые обнаружено явление низкочастотной прецессии вихревого ядра и спиральный механизм его распада. Установлено, что значение первого низкочастотного пика спектральной плотности осевой и тангенциальной компонент вектора скорости пропорционально угловой скорости внешнего циклического возмущения.

3. Впервые выполнены бесконтактные измерения кинематических характеристик (скорости, ускорения и перемещения) гидропневматического молота М10К с применением методов лазерной доплеровской анемометрии. Получена динамическая картина движения молота, проведен сравнительный анализ для различных режимов работы.

В работе использованы методы фотометрии, цифровой обработки сигналов, численного моделирования, а также экспериментальные методы исследования кинематики нестационарного движения светорассеивающих поверхностей и потоков. Теоретические оценки получены с применением методов волновой оптики и статистической радиотехники.

Достоверность полученных в работе результатов подтверждается созданием на основе разработанных функциональных модулей действующих макетов измерительных систем, результатами испытаний и измерений, анализом погрешностей, сопоставлением экспериментальных данных, полученных различными методами измерений.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

На основе полученных результатов и выводов разработаны и реализованы функциональные узлы измерительных систем. Созданы действующие макеты и стенды. Разработанные измерительные системы применяются в исследованиях гидродинамики закрученных низко-скоростных потоков и импульсного знакопеременного движения светорассеивающих поверхностей. Сфера применения может быть расширена на другие области научного эксперимента и промышленного производства. Результаты работы внедрены и используются в Конструкторско-технологическом Институте гидроимпульсной техники СО РАН, Новосибирском государственном техническом университете, а также в лабораториях Института теплофизики СО РАН.

Автор выносит на защиту следующие положения:

1. Расширение функциональных возможностей лазерной доплеровской измерительной системы и системы стабилизации кинематических режимов гидродинамического стенда для исследования низкоскоростных закрученных потоков.

2. Экспериментальные результаты по исследованию низкоскоростных нестационарных закрученных потоков.

3. Методы контроля точностных характеристик и результаты испытаний доплеровского процессора следящего типа лазерного анемометра для измерения скорости импульсного знакопеременного движения светорассеивающих поверхностей.

4. Экспериментальные результаты измерения кинематических характеристик гидропневматического молота М10К.

Личный вклад автора заключается в разработке функциональных модулей и интерфейсов лазерных доплеровских измерительных систем, предназначенных для измерения скорости нестационарного движения светорассеивающих поверхностей и потоков. Автором выполнены экспериментальные исследования, отраженные в диссертации, обработка и анализ результатов исследований.

По материалам работы соискателем лично и в соавторстве опубликовано 18 печатных работ.

Результаты диссертационной работы докладывались и представлялись на: 4-ой межгосударственной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 1997 г.), международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 1998 г.), 5-ой международной конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики» (Новосибирск, 1998 г.), международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 1999 г.), 5-ой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 1999 г.), 6-ой Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики» (Новосибирск, 2000 г.), 8-th International Conference on «Laser Anemometry Advances and Application» (Roma, Italy, 1999), 9-th (Millennium) International Symposium on Flow Visualization (UK, Edinburgh, 2000), а также на научных семинарах ИТ СО РАН.

Диссертация состоит из 3 глав, введения и заключения. Содержит 149 страниц, 4 таблицы и 48 рисунков.

В первой главе рассматриваются функциональные узлы лазерных доплеровских измерительных систем и способы их автоматизации. Обсуждается развитие функциональных возможностей ЛДИС на исследование нестационарного движения конденсированных сред.

Вопросам практической реализации лазерных доплеровских технологий, направленных на исследование кинематики нестационарного движения закрученных потоков и измерение малых скоростей, посвящена вторая глава.

В третьей главе рассматриваются вопросы развития доплеровских технологий на измерение скорости импульсного, знакопеременного движения светорассеивающих поверхностей.

В заключении суммированы основные результаты диссертации.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

1. В ходе проведенного анализа доплеровских сигналов в многочастичном режиме показано, что следящие доплеровские процессоры являются наиболее адаптированными системами обработки доплеровских сигналов от светорассеивающих поверхностей. Показано, что, при исследовании знакопеременного импульсного движения, динамические ограничения определяются временем усреднения сигнала рассогласования следящего процессора.

2. Разработан и практически реализован доплеровский сигнальный процессор следящего типа для исследования импульсных знакопеременных скоростей движущихся светорассеивающих поверхностей. ЛДИС на основе разработанного процессора обеспечивает измерения знакопеременных скоростей в диапазоне ±10 м/с с погрешностью измерения, не превышающей 1%. Время реакции следящего процессора на мгновенный перепад скорости 0.±2 м/с с разрешением 0,1% составляет 2 мс.

3. Предложены и экспериментально обоснованы методы аттестации точностных характеристик и надежности доплеровского сигнального процессора для исследования нестационарного движения светорассеивающих поверхностей. Впервые создан экспериментальный стенд, моделирующий условия натурного эксперимента и обеспечивающий возможность статической и динамической аттестации. Приведены примеры реализации предложенных методов.

4. Впервые практически реализованы бесконтактные измерения кинематических характеристик гидропневматического молота М10К с применением лазерных доплеровских технологий. Измерительная дистанция составляла 3200±200 мм, что обеспечило безопасность оператора и оборудования. Погрешность из

132 мерения знакопеременной скорости движения молота не превышала 1 %.

5. Выполнен сравнительный анализ экспериментальных данных по кинематическим параметрам молота М10К для различных рабочих режимов. Впервые получена неискаженная динамическая картина движения молота, построены энергетические зависимости удара молота от рабочего давления. Полученная информация была использована для оптимизации конструкции молота М10К.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для изучения сложного нестационарного движения в закрученных потоках предложен и обоснован метод комплексной лазерной диагностики, включающий доплеровскую анемометрию и визуализацию, обеспечивающий измерение кинематических параметров реакции исследуемой среды на управляемое внешнее динамическое воздействие при числах Рейнольдса 103-^104, оценку и выбор пространственно-временных масштабов, необходимых для адаптивной обработки сигналов и пространственное позиционирование зондирующего поля.

2. Разработаны и реализованы функциональные узлы лазерной измерительной системы, ориентированные на исследование нестационарного движения конденсированных сред: широкоапер-турный прецизионный фотопреобразователь для фотометрических измерений; автоматизированный источник когерентного излучения на основе полупроводникового лазера; сигнальный процессор, реализующий основанный на цифровом спектральном анализе адаптивный алгоритм компьютерной обработки доплеровского аналитического сигнала; интерфейс автоматического управления ЗБ координатным устройством.

3. Создан экспериментальный комплекс для исследования нестационарных закрученных потоков в диапазоне скоростей Ю^ч-Ю1 м/с, с погрешностью закрутки не превышающей 0,2%, обеспечивающий визуализацию течения методом "лазерного ножа" и лазерные доплеровские измерения. Выполнены исследования кинематической структуры нестационарного закрученного потока в закрытом прямоугольном контейнере. Впервые обнаружено явление низкочастотной прецессии вихревого ядра и спиральный механизм его распада. Установлено, что значение первого низкочастотного пика спектральной плотности осевой и тангенциальной компонент вектора скорости пропорционально угловой скорости внешнего циклического возмущения.

4. Разработан и практически реализован доплеровский сигнальный процессор следящего типа для исследования импульсных знакопеременных скоростей движущихся светорассеивающих поверхностей. Обеспечивается режим измерения через адаптивную регулярную дискретизацию исследуемого процесса со стробируемым накоплением отсчетов. Время реакции следящего процессора на мгновенном перепаде скорости 0.±2 м/с с разрешением 0,1% составило 2 мс.

5. Предложены, теоретически и экспериментально обоснованы методы аттестации точностных характеристик и надежности разработанного доплеровского сигнального процессора. Создан экспериментальный стенд, моделирующий условия натурного эксперимента и обеспечивающий возможность статической и динамической аттестации лазерных систем, выполняющих измерения знакопеременных скоростей в диапазоне ±10 м/с с погрешностью, не превышающей 1%.

6. Впервые выполнены бесконтактные измерения кинематических характеристик (скорости, ускорения и перемещения) гидропневматического молота М10К с применением методов лазерной доплеровской анемометрии. Исследована динамическая картина движения молота, построены энергетические зависимости удара молота от рабочего давления. Полученная информация была использована для оптимизации конструкции молота М10К.

135

Работа выполнена в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность научным руководителям: заведующему лабораторией оптических методов исследования потоков ИТ СО РАН д.т.н. Дубнищеву Ю.Н и д.т.н. Меледину В.Г. за всестороннюю помощь и внимание, оказанные при выполнении настоящей работы, научным сотрудникам лаборатории оптических методов исследования потоков Бакакину Г.В., Павлову В.А. и Сотникову В.В. принимавших активное участие при выполнении отдельных этапов работы. Автор также считает необходимым выразить признательность д.ф.-м.н. Окулову В.Л., к.ф.-м.н. Евсееву А.Р и к.т.н. Белоусову П.Я за полезные обсуждения содержания работы.

1. Foreman J.W., George E.W., Lewis R.D. Measurement of localised flow velocities in gases with a laser Doppler flowmeter // Appl. Phys. Lett., 1965. - Vol. 7. - № 4. - P. 77-78.

2. Foreman J.W., George E.W., Jetton J.I. e.a. Fluid flow measurements with a laser Doppler velocimeter // J. of Quantum Electronics, 1966. Vol. 2. - № 8. - P. 260-266.

3. Голдстейн и Крейд (Goldstein P.Z., Kreid D.K.). Применение лазера для исследования ламинарного течения в квадратном канале // Прикл. механика. Рус. пер. Сер. Е., 1967. Т. 34. -№ 4. - С. 88-94.

4. Fridman J.D., Huffaker R.M., Hinnard R.F. Laser Doppler System measures three dimentional vector velocity and turbulence // Laser Focus, 1968. Vol. 4. - № 21. - P. 34-38.

5. Ринкевичюс B.C., Толкачев А.В. Применение ОКГ с интерферометром Фабри-Перо для измерения скоростей частиц в двухфазных турбулентных потоках / / Журн. прикл. спектроскопии, 1968. Т. 9. - № 5. - С. 748-752.

6. Деревянко Н.Ф., Латышев В.М., Трохан A.M. О частотном методе измерения скорости течения жидкости // ПМТФ, 1968. -№ 5. С. 106-109.

7. Rudd M.J. A new theoretical model for the laser Dopplermeter// J. Sci. Instr. Ser. 2., 1969. - Vol. 2. - № 1. - P. 55-58.

8. Дубнищев Ю.Н., Коронкевич В.П., Соболев B.C. и др. Измерение скорости в потоке жидкости с использованием эффекта Доплера // Автометрия, 1969. № 6. - С. 115-117.

9. Masumder М.К., Wankum D.L. SNR and spectral broadening in turbulence structure measurement using a cw laser // Appl. Opt., 1970. Vol. 9. - № 3. - P. 633-637.

10. Дубнищев Ю.Н., Ковшов Ю.М. Лазерный доплеровский анемометр, нечувствительный к геометрии падающего пучка // Автометрия, 1971. № 3. - С. 87-90.

11. Adrian R.J., Goldstein R.J. Analysis of a Laser Doppler Anemometer // J. of Physics ser. E., 1971. Vol. 4. - № 7. - P. 505-551.

12. Wang С.P. New model for laser Doppler velocity measurement of turbulent flow // Applied Physics Letters, 1972. Vol. 20. -№ 9. -P. 339-341.

13. Dubnishchev Yu.N., Koronkevich V.P., Sobolev V.S. e.a. Laser Dopplermeter of turbulent flow parameters // Proc. DISA conference "Fluid dynamic meas. and environm."- Proc. DISA conf. -1972, Leicester, 1972. Vol. 1. - P. 73-80.

14. Farmer W.M. Determination of a third orthogonal velocity component using two rotationally displaced laser Doppler velocimeter systems // Appl. Opt., 1972.- Vol. 2. № 4. - P. 770-774.

15. Drain L.E. Coherent and noncoherent methods in Doppler optical beat velocity measurement // Appl. Phys., 1972. Vol. 5. - P. 481-483.

16. Durst F., Whitelow J.H. Light sourse and geometric requirments for the optimization of optical anemometry signals / / Opto Elecron., 1973. Vol. 5. - P. 137-151.

17. Kreid D.K. Laser- Doppler Velocimeter Measurements in Nonuniform Flow: Error Estimates // Appl. Optics., 1974. Vol. 13. - № 8. - P. 1872-1881.

18. Vasilenko Yu.G. Dubnistchev Yu.N., Sobolev V.S. e.a. Laser Doppler velocimeter as optoelectronics system // Appl. Opt., 1975. -Vol. 14. № 1. - P. 180-189.

19. Huffaker R.M. Laser Doppler systems for gas velocity measurement //Appl. Opt.,1976. Vol. 9. - № 5. - P. 1026-1029.

20. Ринкевичюс B.C., Смирнов В.И., Фабрикант В.А. Аппаратная функция лазерного анемометра с дифференциальной оптической схемой // Оптика и спектроскопия. 1976. - Т. 40, - № 5. - С. 885-892.

21. Лазерные доплеровские измерители скорости / Ю.Г.Василенко, Ю.Н. Дубнищев, В.П. Коронкевич и др.; Отв. ред. Ю.Е. Несте-рихин. Новосибирск: Наука, 1975. - 164 с.

22. Лазерное доплеровское измерение скорости газовых потоков/ Отв. ред. проф. Г.Л. Гродзовский. М.: ЦАГИ, 1976. - 286 с. -(Гр. ЦАГИ; Сб. № 1; Вып. 1750).

23. Ринкевичюс Б.С. Лазерная анемометрия. М.: Энергия, 1978. -159 с.

24. Дюррани Т., Грейтид К. Лазерные системы в гидродинамических измерениях: Пер. с англ. / Отв. ред. Божков А.И. М.: Энергия, 1980. - 336 с.

25. Климкин В.Ф., Папырин А.Н., Солоухин Р.И. Оптические методы регистрации быстродействующих процессов. Новосибирск: Наука, 1980. - 208 с.

26. Лазерные измерительные системы / А.С. Батраков, М.М. Бутусов, Г.П. Гречка и др.; Отв. ред. Д.П. Лукьянов. М.: Радио и связь, 1981. - 456 с.

27. Durst F., Melling A., Whitelow J.H. Principles and practice of laser- Doppler anemometry. 2-nd ed. - London: Academic Press, 1981. - 437 p.

28. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеров-ской анемометрии. М.: Наука, 1982. - 304 с.

29. Fluid Mechanics Measurements / Ed. by R.J. Goldstein. New York: Hemisphere Pub. Corp., 1982. - 630 p.

30. Коронкевич В.П., Соболев B.C., Дубнищев Ю.Н. Лазерная интерферометрия. Новосибирск: Наука, 1983. - 213 с.

31. Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия: Справочник / Клочков В.П., Козлов Л.Ф., Потыкевич И.В. и др.; Под ред. Соскина М.С. Киев: Наукова думка, 1985. - 759 с.

32. Drain L.E. The laser Doppler technique. John Wiley and Sons, 1986. - 270 p.

33. Землянский B.M. Измерение скорости потоков лазерным доп-леровским методом. Киев: Вища школа, 1987. - 176 с.

34. Shen X. Technics of measurement of fluid flow velocity.-Beijing: Beijing University, 1987. 342 p.

35. Dubnishchev Yu.N. Laser velocimeters for scientific and industrial applications // Институт теплофизики CO АН СССР. Препринт, 1990. - № 24. - 25 с.

36. Wang J.CF. Measurement accuracy of flow velocity via a digital-frequency- counter laser velocimeter processor. The Accuracy of Flow Measurements by Laser-Doppler Methods: Proc. LDA Symp, 1975. Kopenhagen, Denmark. - Kopenhagen a.o., 1975. - 354 p.

37. Dubnishchev Yu.N., Krieg W., Feistaner N. e.a. Lazer- DopplerGeschwindigkeitsmesser LAD0-1//Jenar Rundshau, 1978. -№ 5. P. 222-225.

38. Dopheide D., Durst F. High frequency laser Doppler measurements using multiaxial mode lasers // Appl. Opt., 1981. - Vol. 20. - № 9. - P. 1557-1570.

39. Дубнищев Ю.Н., Журавель Ф.А., Павлов В.А. Лазерная допле-ровская анемометрия с селекцией когерентной составляющей оптического сигнала // Автометрия, 1982.- № 3.- С. 23-29.

40. Buchhave P. Three- component LDA measurements // DISA Information, 1983. P. 3-9.

41. Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г. Полупроводниковый лазерный излучатель для доплеровской анемометрии. -Новосибирск, 1987. 33 с. - (Препринт / АН СССР. Сиб. отд-ние. Ин-т автоматики и электрометрии; № 357).

42. Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г. Лазерный допле-ровский анемометр с адаптивной временной селекцией и визуализацией вектора скорости // Известия СО АН СССР (сер. техн. наук), 1990. № 4. - С. 24-28.

43. Дубнищев Ю.Н. Разработка оптических методов и средств исследования потоков на основе селекции пространственно временной структуры рассеянного света: Автореф. дис. докт. техн. наук: 05.11.16 / Институт теплофизики СО РАН. - Новосибирск, 1993. - 39 с.

44. Меледин В.Г. Обработка сигналов в лазерной доплеровской анемометрии // Оптические методы исследования потоков: Материалы 2- й межреспубл. конф., 1-3 июня 1993 г. Новосибирск, 1993. - С. 17-18.

45. Дубнищев Ю.Н. Оптические методы диагностики потоков // Автометрия, 1998. № 6. - С. 93-105.

46. Laser Speed TM SYSTEM. TSI. Inc.: Catalog, Minnesota: TSI. -1993. - P/N 910003. - 12 p.

47. Костюк А.Ф., Ольшевский В.В., Цветков Э.И. Методы и аппаратура для анализа характеристик случайных процессов. М.: Энергия, 1967.

48. Преснухин Л.Н., Майоров С.И., Меськин И.В. и др. Фотоэлектрические преобразователи информации. М.: Машиностроение, 1974. - 375 с.

49. А. ван дер Зил. Шумы при измерениях: Пер. с англ. М.: Мир, 1979. - 292 с.

50. Полупроводниковые фотоприемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра / Анисимова И.Д., Викулин И.М., Заитов Ф.А. и др.; Под ред. Стафеева В.И. М.: Радио и связь, 1984. - 216 с.

51. Nisida К., Nakajama M. Temperature dependence and stabilization of avalanche photodiodes // Rev. Sei. Instum., 1972. Vol. 43. - № 9, P. 1345-1350.

52. Dopheide D., Faber M., Reim G., e.a. Laser and avalanche diodes for velocity measurement by laser Doppler anemometry // Experiment in Fluids, 1988. № 6. - P. 289-297.

53. Чернов Е.И. Фотоприемные устройства на основе фотодиодов и их применение. М.: ЦНИИ Электроника, 1986. - (Обзоры по электронной технике. Сер. 4. Эл.- вакуумные и газоразрядные приборы. - Вып. 1).

54. Бакакин Г.В., Белоусов П.Я., Дубншцев Ю.Н., Меледин В.Г. Способ оптического измерения размеров металлургических изделий // Оптический журнал, 1996. № 10.

55. Jenthink H.W., F.F.M. de Muí, Suichies H.E., e.a. Small laser Doppler velocimeter based on the selfmixing effect in a diode laser // Appl. Opt., 1988. Vol. 27. - № 2. - P. 379-385.

56. Mocker H.W., Bjork P.E. High Accuracy Laser Doppler Velocimeter Using Stable Long- Wavebigth Semiconductor Lasers // Appl. Opt., 1989. Vol. 28. - № 22. - P. 4914-4919.

57. Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г. Оптический измеритель скорости на основе полупроводникового лазера // Квантовая электроника, 1988. Т. 15. - № 3. - С. 633-635.

58. Belousov P.Ya., Dubnishchev Yu.N., Meledin V.G. An optical velocimeter on the basis of a semiconductor laser // Modern Techniques and Measurements in fluid flows. Proc. Int. Conf. -Beijing. - Pergamon Press, 1989. - P. 503-507.

59. Елисеев П.Г. Причины и распределение отказов в полупроводниковых лазерах // Квантовая электроника, 1986. -Т.13. -№ 9. С. 1749-1770.

60. Edwards R.V., Angus J.С. Spectral analysis of the signal from Laser Doppler Velocimeter: turbulent flows // J. Appl. Phys., 1973. Vol. 44. - № 4. - P. 1694-1698.

61. Кедем Б. Спектральный анализ и различение сигналов по пересечениям нуля // ТИИЭР, 1986. Т. 74. - № ц. . с. 6-25.

62. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. Пер. с франц. М.: Мир, 1983. -Т. 1. - 312 с.

63. Горлач A.A., Минц М.Я., Чинков В.Н. Цифровая обработка сигналов в измерительной технике Киев: Техника, 1985.

64. Марпл-мл. C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 584 с.

65. Применение цифровой обработки сигналов / Отв. ред. Оппен-гейм Э.: Пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 552 с.

66. Гречихин В.А., Ринкевичюс B.C. Цифровые методы обработки сигналов в лазерной анемометрии и виброметрии // Автометрия, 1998. № 6. - С. 93-105.

67. Dubnishchev Yu.N., Meledin Y.G., Zhuravel F.A., e.a. Laser Doppler anemometry with selection of optical signal coherent component // Opt. Applicata, 1987. Vol. 17. - № 2. - P. 71-80.

68. Вайнштейн JI.А., Вакман Д.Е. Разделение частот в теории колебаний и волн М.: Наука, 1983. -233 с.

69. Гречихин В.А., Ринкевичюс B.C. Погрешности цифровых методов измерения частоты одночастичного сигнала ЛДА // Измерительная техника, 1993. № 10. - С. 43-48.

70. Василенко Ю.Г., Дубнищев Ю.Н., Соболев B.C. и др. Лазерные доплеровские измерители вектора скорости со смещением частоты // Автометрия, 1974. № 6. - С. 83-89.

71. Мандросов В.И., Фоменко С.Д. Оптимальная обработка оптического сигнала лазерного доплеровского измерителя скорости // Радиотехника и электроника, 1981. № 6. - С. 1275-1281.

72. Dubnishchev Yu.N., Koronkevich V.P., Senin A.G. e.a. The development of an optical Doppler technique for measiring flow velocities // Opto- electronics, 1974. № 5. - P. 153 -161.

73. Дубнищев Ю.Н., Коронкевич В.П., Соболев B.C. Об инструментальной ширине доплеровского спектра лазерного измерителя скорости потоков // Автометрия, 1971. № 1. - С. 115-117.

74. Дубнищев Ю.Н., Сенин А.Г., Соболев B.C. Оценка потенциальных возможностей лазерного доплеровского измерителя скорости потоков жидкостей и газов по точности //Автометрия, 1972. № 5. - С. 47-50.

75. Василенко Ю.Г., Дубнищев Ю.Н., Журавель Ф.А. О пространственном разрешении и точности лазерных доплеровских измерителей скорости // Оптика и спектроскопия, 1976. Т. 41. - № 2. - С. 293-300.

76. Л.Г. Лойцянский. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. -848 с.

77. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987. - 588 с.

78. Ринкевичюс B.C. Лазерная диагностика потоков / под ред. В.А. Фабриканта. М.: Издательство МЭИ, 1990. - 288 с.

79. Алексеенко С.В., Окулов В.Л. Закрученные потоки в технических приложениях (обзор) // Теплофизика и аэромеханика, 1996. № 3. - С.101-138.

80. Аветисян А.Г., Мираджанян М.М., Симонян P.A. Аналоговое устройство для измерения экстремальных значений и периода инфранизкочастотного сигнала// ПТЭ, 1987.- № 4.- С. 123-125.

81. Клеппер Дж., Фрэнкл Дж. Системы фазовой и частотной автоподстройки частоты: Пер. с англ. М.: Энергия, 1977. - 440 с.

82. Цикин И.А. Дискретно- аналоговая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1982. - 160 с.

83. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с немец. -М.: Мир, 1983. Т. 2. - С. 78-93.

84. ЮЗ.*Наумов И.В. Компьютерный стенд для изучения кинематики вращающихся объектов // Новые информационные технологии в университетском образовании: Материалы международной научно-практической конф. Новосибирск, 1999.- С. 48-49.

85. F. Mikami, В. Chen and N. Nishikawa. Visualization of the flow feature of natural convection in particle suspensions // Teoretical and Applied Mechanics, 1997. № 46. - P. 341-348.

86. T. Utami and T.Veno. Visualisation and picture processing of turbulent flow // Experiments in fluids, 1984. № 2. - P. 25-32.

87. P. Escudier. Observation of the flow produced in a cylindrical container by a rotating endwall. Experements in Fluids, 1984. -№ 3. P. 189-196.

88. Сотников В. В. Интерактивный ввод аналоговых сигналов в среде MathCAD // Оптические методы исследования потоков: Материалы 5-ой Международной научно-технической, конф. -Москва, 1999.

89. ИО.А.с. ц 1789932 СССР, МКИ4 G01P 3/36. Лазерный анемометр / Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г./ Открытия. Изобретения. -1993. № 3. - Патент Российской Федерации № 1789932, действует с 13.10.93 г.

90. Belousov P.Ya., Dubnishchev Yu.N., Meledin V.G. e.a. Optical Systems for Investigation of Dynamics and Phase Structure of flows // Laser anemometry: advanses and applications. Proc. of Fourth Int. conf. - Cleveland, USA, 1991.

91. Tomlan, P.F.; Hudson, J.L. Flow near an enclosed rotating- disk // Analysis. Chem. Eng. ScL, 1971. № 26. - P. 1591-1600.

92. Sarpkaya, T. On stationary and travelling vortex breakdowns // J. Fluid Mech, 1971. № 45, - P. 545-559.

93. Leibovich, S. Vortex breakdown // Ann. Rev. Fluid Mech, 1978. -№ 4. -P. 185-217.

94. Faler, J.H. & Leibovich, S. An experimental map of the internal structure of vortex breakdown //J. Fluid Mech, 1978. № 86. -P. 312-337.

95. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство: Пер. с немец. М. Мир, 1982. - 512 с.

96. Осипович Л.А. Датчики физических величин. М.: Машиностроение, 1979. - 159 с.

97. Датчики в цифровых системах.: Пер. с англ. // Д. Вульвет. -М.: Энергоиздат, 1981. -200 с.

98. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ.// Под ред. У.Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992. -592 с.

99. Шефер Х.Й., Винеке 3. Современный уровень техники бесконтактных измерений скоростей, длин и формы профилей // Черные металлы, 1992. № 7. - С. 3-10.

100. Noncontact Speed and Length Measurement System: Series 2000. TSI Inc. USA, 1995. - P/№ 1970002. - 8 p.

101. Белоусов П.Я., Меледин В.Г. Лазерный прецизионный бесконтактный измеритель скорости и линейных размеров движущихся объектов (ЛИ 803м). Новосибирск: ВТ, 1995. - ВТ.223-С5. -24 с.

102. Meledin V.G. Laser Devices for the Speed and Length Control of Rolling in Metallurgy. Novosibirsk: Vortex Technologies, 1995. -P/№ 9500001. - 17 p.

103. Лазерные доплеровские анемометры: Каталог фирмы DANTEC Electronic, 1983. Копенгаген. - 108 с.

104. DISA SSL90a Counter processor // DISA mat. Reg. № 9150 A6474. Denmark, 1979. - P. 37-39.

105. Shinpaugh K.A., Simpson R.L., Wicks A.L. e.a. Signal- processing techniques for low signal- to- noise ratio laser Doppler veloci-metry signals // Experiment in Fluids, 1992. № 12. - P. 319328.

106. Menon R., Jenson L., Buddhavarapu J. Comparison of signal extraction techniques in LDV signal processing // Laser Anemo-metry Advances and Application. Proc. Fifth Int. Conf., 23-27 August 1993. -Netherlands. - SPIE, 1993. - Vol. 2050. - P. 35.

107. Артомонов В.Ф., Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н. и др. Лазерный доплеровский измеритель скорости горячего проката // Сталь, 1986. № 8.- С. 65-68.

108. Попов И.А. Спектр доплеровских сдвигов когерентного излучения, рассеянного колеблющейся шероховатой поверхностью // Оптический журнал, 1994. № 10. - С. 48-53.

109. Beckman P., Spizzichino A. The scattering of electromagnetic waves from rough surfaces. Oxford: Pergamon Press, 1963. - P. 125.141.55N20 Doppler Frequency Tracker // Laser Doppler Anemometry. DISA, 1983. - № 3205. - P. 16-19.

110. Durrany T.S., Greated C. Theory of LDV tracking systems // IEEE Transaction on Aerospace and Electonic Systems, 1974. -Vol. AES-10. № 4. P. 67-98.

111. Agrawal Y.C. Quadrature demodulation in laser Doppler veloci-metry // Applied Optics, 1984. Vol. 23. - № 11. - P. 1685-1687.

112. Deighton M.O., Sayle E.A. An electronic tracker for the continious measurement of Doppler frequency from a laser anemometer // DISA Information, 1971. № 12. - P. 5-10.

113. Whilmshutst Т.Н., Risso J.E. A autodine frequency tracker for laser Doppler anemometry // J. of Phys., 1974. -Vol. E7. P.924-930.

114. Титков В.И., Томсонс Я.Я. Следящий приемник доплеровско-го сигнала ЛДИС // 2-я Всесоюз. конф. по методам аэрофизических исследований: Тез. докл., 28 мая 1 июня 1979 г. - Новосибирск, 1979. - Ч. 3. - С. 26-28.

115. Моргунов А.Н., Нагорная Н.И. Вопросы обработки сигнала ЛДИСа автоматическим управляемым фильтром // Автометрия, 1984. № 2. - С. 69-74.149

116. MAXIM 1996. New releases. DATA BOOK. Maxim (USA): Maxim, 1995. - Vol. 1-5.

117. Analog DEVICES 1994. Design- in reference manual. Analog Devices Inc. (USA), 1994. - Vol. 1.