Оптический метод

Оптические методы измерения скорости течения подразделяются на доплеровский и фазовый. Для измерения скорости потока и ее изменений во времени используется как искусственное, в виде лазерных или обычных электрических источников света, так и собственное излучение.

Доплеровский метод (см. рис. 8.8 а и б) дает возможность получить частотное разрешение, что позволяет измерять скорости порядка мм/с. Он описывается уравнением

f'= / [\'l - ГУ2/с2/(1 “ U/c)]ncosa.

После преобразования с учетом малости величин получим

/' = f(U/c)ncosa,

где f и f -— частоты излучения и принимаемого сигнала соответственно; U — скорость потока; с — скорость света; п — показатель преломления света; а — угол между вектором скорости и линией наблюдения.

Фазовый оптический метод измерения скорости течений включает в себя известный принцип сдвига интерференционной картины. Разность хода AL в длинах: волн к определяется как

AL = 2\Шхьпгс/Щс2 - га2! У2)]» 2ЬЩп2 - 1)/(А, с),

где L — длина оптической базы; xL = 1 - 1/п2; п — коэффициент преломления света.

Особенностью оптических измерителей является большая чув-ствительность к изменениям коэффициента преломления света, а значит, и к плотности морской воды. Оптические измерители, используя свою высокую частоту излучения, в принципе могут иметь достаточно высокие разрешающую способность и чувствительность, но относительная погрешность и различные паразитные эффекты аналогичны акустическим измерителям. Кроме того, в них еще воз-никают большие трудности регистрации и анализа изменяющихся по амплитуде доплеровских сигналов излучения. Следует заметить, что частотный диапазон в спектре течений оптических измерителей оказывается практически неограниченным.

Вихревые методы измерения скорости течений основаны на регист-рации последовательности вихрей, возникающих при обтекании различ- I пых тел в потоке жидкости, так называемых дорожек Кармана. Регулярные вихри образуются в области чисел Рейнольдса 60—5000, при этом частота образования вихрей f прямо пропорциональна скорости течений

f - (Sh/d)f7,

где d — диаметр обтекаемого тела; Sh — число Струхаля. Для Re < 60 течение позади тела ламинарное, для Re > 5000 — турбулентное.

Для измерения вихреобразований используют термодатчики и датчики давления. Б последнее время широко используется метод модуляции вихрями акустического и лазерного лучей. К недостатком подобных измерителей относятся довольно высокий нижний предел применимости 5—10 см/с, а также их критичность к горизонтальному положению, так как: частота образования вихрей зависит от вращения измерителя в горизонтальной плоскости, что может занижать результаты измерений на 20—25 %.