зависимости: Fdmean = F3(Qg,Qf) и a = F4(Qg,Qf), расходы жидкости и газа можно найти, как в предыдущем случае — решая соответствующую систему уравнений. Для идентификации режима течения можно использовать вид гистограммы ДСЧ.
Представленная в работе концепция определения расходов фаз газожидкостной смеси имеет немалые достоинства: используются бесконтактные датчики; вся информация о параметрах потока извлекается из ультразвуковых сигналов, прошедших через поток или рассеянных переносимыми им неоднородностями. Однако для превращения концепции в метод необходимы глубокие теоретические и экспериментальные исследования. Они особенно важны, когда жидкая фаза состоит из несмешивающихся жидкостей, например нефти и воды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Den Boer. Measurement of gas and liquid flowrates and watercut of multiphase mixtures of oil, water and gas // US patent #5287752.
2. Пат. № RU 216340 С2. Способ определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе и устройство для его реализации / Ю. И. Орехов, И. Н. Москалев, В. Е. Костюков и др.
3. Булкин Д. Д., Соколов Г. А. Бесконтактный тепловой расходомер для измерения газожидкостных потоков // Датчики и системы. — 2008. — № 12. — С. 5—9.
4. Пат. № RU 2339915 С1. Способ определения расхода компонентов двухфазного потока и система для его осуществления / В. И. Косарев, Л. Н. Мухин, С. И. Муяк-шин и др. // Бюл. — 2008. — № 33.
5. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. — М.: Мир, 1972. — 440 с.
6. Муякшин С. И, Односевцев В. А., Орлов И. Я. О возможности использования изгибных волн при создании акустических преобразователей для систем неразрушающего контроля // Изв. Вузов, Радиофизика. — 2000. — Т. 43, № 12. — С. 1100—1108.
7. Викторов И. А. Физические основы применения волн Рэ-лея и Лэмба в технике. — М.: Наука, 1966. — 168 с.
8. Довиак Р., Зрнич Д. Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
9. Муякшин С. И, Штернов А. А. Функциональные модули в стандарте NI SCXI для ультразвуковых контрольно-измерительных систем // Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments". — М.: РУДН, 2007. — С. 51—58.
10. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. — М.: ДМК Пресс, 2008. — 880 с.
Сергей Иванович Муякшин — канд. физ.-мат. наук, доцент каф.
радиотехники Нижегородского госуниверситета им. Н. И. Лобачевского (ННГУ);
® 465-66-01, 465-02-18
E-mail: serg_mun@list.ru
Илья Александрович Владимиров — аспирант каф. радиотехники
ННГУ. □
УДК 534.647
ПОРТАТИВНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ВИБРОМЕТР
И. П. Краснощекое, Л. Д. Морозов, А. И. Пихтелев, А. Н. Самойлов, В. И. Типашов
Рассмотрены вопросы построения и характеристики первого отечественного промышленного портативного лазерного виброметра.
Ключевые слова: лазерный виброметр, доплеровское смещение частоты, оптическая система, электронная система, дистанционные измерения.
Принцип работы лазерного виброметра основан на доплеровс-ком сдвиге частоты оптического (лазерного) излучения, отраженного от движущегося объекта.
В состав лазерного виброметра входит оптическая система (оптический модуль), формирующая квадратурные составляющие до-плеровского сигнала, и электронная система. В основе оптической
схемы (рис. 1) виброметра лежит классическая схема интерферометра Майкельсона. Базовые структурные элементы оптической системы виброметра: лазерный источник монохроматического излучения; телескопическая система, выполняющая функции приемо-передающей "оптической антенны"; оптическая система сопряжения волновых фронтов сигнальной и опорной
волны типа "кошачий глаз"; фотоприемные модули балансного типа; оптический делитель-смеситель для формирования и пространственного совмещения опорного и сигнального лазерных пучков.
Электронная система (рис. 2) состоит из фотоприемников, преобразующих оптические квадратурные составляющие доплеровских сигналов в соответствующие им электри-
Рис. 1. Оптическая схема виброметра:
1 — гелий-неоновый лазер (X = 0,63 мкм); 2, 3, 11 — поворотные призмы; 4, 13, 17 — призмы-поляризаторы; 5, 10, 16 — четвертьволновые фазовые пластины; 6, 7 — окуляр и объектив телескопической системы; 8, 9 — диэлектрическое зеркало и объектив оптической системы фазового сопряжения волновых фронтов сигнального и опорного пучков; 12 — неполяризующий делитель мощности лазерного пучка; 14, 15, 18, 19 — фотоприемники; 20 — исследуемый объект
Оптическая часть Фото
прием-
ники
Лазер газовый
Блок усилителей
Демодулятор частотный
Аналоговый
выход -<
Демодулятор Блок
АС
(аналитичес- управляю-
кого сигнала) щий
Компьютер персональный карманный
I
КПК
RS-232
Рис. 2. Структурная схема лазерного виброметра
ческие. Последние усиливаются в блоке малошумящих усилителей с системой автоматической регулировки усиления.
С выхода блока усилителей квадратурные доплеровские сигналы поступают на демодуляторы, которые их преобразуют в сигналы, пропорциональные мгновенным значениям виброскоростей исследуемого объекта. В системе имеются два вида демодуляторов: демодулятор частотный, предназначенный для фор-
мирования сигнала виброскорости в диапазоне от 0,2 до 50 мм/с, и демодулятор аналитического сигнала для формирования сигнала виброскорости в диапазоне от 0,1 до 0,01 мм/с.
С выходов демодуляторов аналоговый сигнал виброскорости попадает на выходной разъем и на вход управляющего блока, созданного на базе сигнального и управляющего микропроцессоров. Такое сочетание микропроцессоров поз-
волило реализовать разные режимы работы управляющего блока: осциллографа, анализатора спектра (рис. 3 а, б), а также связь с внешними устройствами по каналам RS-232 и USB (отображается информация об измерениях и обеспечивается управление режимами работы лазерного виброметра). Режим анализатора спектра считается типовым режимом работы лазерного виброметра. В этом режиме определяются значения резонансных частот исследуемых объектов и измеряются уровни сигналов малых значений виброскорости при наличии сопутствующих шумов различного происхождения. Прибор (рис. 4) комплектуется карманным персональным компьютером для индикации результатов измерений в режиме осциллографа и анализатора спектра. При этом возможна дальнейшая математическая обработка и документирование результатов на флэш-карте. Лазерный виброметр метрологически обеспечен рабочим эталоном единиц параметров вибрации, который разработан совместно с виброметром и также включен в Государственный реестр средств измерений.
Основные технические характеристики портативного
лазерного виброметра
Диапазон измеряемых
частот колебаний, кГц . . 0,08...11
Диапазон измерения виброскорости, мм/с. . . . 0,01...50
Погрешность измерения виброскорости, %:
в диапазоне,
1...50 мм/с ......... 10
в диапазоне
0,01...1 мм/с........20
Напряжение питания, В . 12
Потребляемая мощность, Вт.................. 20
Габариты, мм......... 430х240х 160
Масса, кг............12
Лазерный виброметр предназначен для дистанционного (до 10 м) бесконтактного измерения параметров вибрации испытуемого объекта с минимальной площадью 1 мм2. Он может быть использован для научно-технических исследований, диагностики и мониторинга технических и промышленных объектов в различных сферах промышленной
Датчики и Системы • № 8.2009 _ 31
2005/05/05 17:43:35 gg Stopped Ti_7Z9
ok Norria 1
Z00kS/S 5ПОД*
« Main:1 Ok >>
Type Тгасе
Horizontal СН1
; Cursorl Z.60dlM 15 CursorZ -Z.60diM
CHI 1:1-
0.Z00 U/dlv AC 20MHz
Edge CH4 jf AutoLewe1 0.00 U
ТЯЯНПГ
HUH AVCS 18
a)
RfiKGE> -51 dBV
AVERAGE COMPLETE RMS!19
ОГГ
-9 dBV
le dB /DIV
-89 START: 0 Hz Xt U2.S Hz
1
V 1
Л i i 1 »
M8
КПЗ ЕХР иБНТ
РЕЙХ HOLS
TIBE
KFIHE HUM ftV6S
BU: 4.7743 Hz ¥1-9.38 dBV
б)
STOP: 580 Hz SETUP SELECT
Рис. 3. Сигнал виброскорости V = 16 мм/с с выхода лазерного анализатора вибраций:
а — во временной области, б — в спектральной области
и хозяйственной деятельности: радиоэлектронной промышленности; нефтегазовой отрасли; точном машиностроении; авиационной промышленности; автомобилестроении; атомном машиностроении; железнодорожном транспорте (мониторинг сети железных дорог).
Измерения с помощью лазерного виброметра имеют ряд достоинств:
— отсутствие влияния масс вибродатчиков на резонансные свойства объектов;
— оперативное измерение параметров вибрации в различных точках объекта (частота, амплитуда, скорость, ускорение, спектральный состав);
— измерение вибрации объекта в опасной для персонала зоне (хи-
Рис. 4. Портативный лазерный виброметр
мически агрессивной, с высокой температурой, радиоактивной);
— отсутствие необходимости предварительной подготовки поверхности исследуемого объекта к проведению измерений.
В 2007 г. после проведения Государственных испытаний прибор включен в Государственный реестр средств измерений Российской Федерации.
Работа выполнена в ФГУП ФНПЦ "Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт "Кварц".
Иван Петрович Краснощеков — ст. научн. сотрудник;
Лев Дмитриевич Морозов — нач. сектора;
Александр Иванович Пихтелев — д-р техн. наук, зам. нач. отделения по науке;
Анатолий Николаевич Самойлов — вед. инженер;
® (831) 466-61-61
Венедикт Иванович Типашов — канд. техн. наук, нач. сектора. □
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.