УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ВОЗДУШНО-ПЫЛЕВЫХ ПОТОКОВ

Полезная модель относится к текстильной промышленности, а именно к экспериментальной аэродинамике текстильных машин и может быть использована для определения динамики распространения воздушных потоков содержащих пыль, сорные примеси и волокно.
Известна система обнаружения пыли (JP 2007218587 А, 30.08.2007), принятая за прототип содержащая общее основание, на котором установлены источник лазерного излучения и оптическая система для формирования лазерного луча, содержащая коллиматор, и средство регистрации потока, лазерный источник света расположенный в направлении оси х на площади пластины находящейся в корпусе. Развертывающее устройство (оптическая система) отражающее излучающий лазерный луч из лазерного источника света, в осевом направлении у расположенный на площади пластины. Развертывающее устройство действует таким образом, что форма излучающего лазерного луча из лазерного источника света, сканирующего плоскость включающую оси х и у получающая основные команды от контролирующего сканера расположенного на площади пластины. Средство формирования изображения камеры поддерживаются камерой поддержки находящейся на стойке, расположенной на площади пластины. Средство формирования изображения камеры смонтированы вместе с объективом. Объектив коллиматора рассеивает излучение лазерного луча из лазерного источника света на пыли, и средство формирования изображения камеры получают изображения рассеянного света собранного объективом.
Недостатком указанного устройства является невозможность исследовать динамические воздушные потоки содержащие пыль, образующиеся при работе текстильных машин. Поскольку данное изобретение предназначено для определения размера и количества пыли, например в чистой комнате.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание устройства для визуализации воздушных потоков возникающих на текстильных машинах содержащих волокно, сорные примеси и пыль.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для визуализации воздушно-пылевых потоков, содержащем общее основание, на котором последовательно установлены источник лазерного излучения и оптическая система для фокусирования лазерного луча в плоскости исследуемого потока, содержащая коллиматор, и средство регистрации потока, оптическая система снабжена двояковыпуклой линзой установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси с фокусированием в плоскости исследуемого потока, коллиматор содержит последовательно установленные отрицательную линзу, обращенную выпуклостью к источнику лазерного излучения, цилиндрическую линзу и двояковыпуклую линзу, склеенную с отрицательным мениском, обращенным выпуклостью к исследуемому потоку, а средство регистрации потока установлено под углом 65-90° к оптической оси, при этом общее основание выполнено вибродемпфирующим.
На фиг. 1 представлена оптическая схема заявленного устройства, на фиг. 2 приведено схематичное изображение заявленного устройства, на фиг. 3 приведена фотография, на которой представлена визуализация воздушного потока содержащего пыль выделяющейся из отверстия устройства для очистки, на фиг. 4 приведена фотография, на которой представлена визуализация движения волокна в воздушном потоке выделяющегося из отверстия устройства для очистки. На фиг. 5 приведена фотография, на которой представлена визуализация движения сорной частицы выделяющейся из отверстия устройства для очистки.
Устройство для визуализации воздушно-пылевых потоков, содержит источник лазерного излучения 1, например, газовый лазер непрерывного действия видимого спектра излучения, оптическую систему из четырехлинзового коллиматора 2, содержащего последовательно установленные отрицательную линзу 3, обращенную выпуклостью к источнику лазерного излучения, цилиндрическую линзу 4 и двояковыпуклую линзу 5, склеенную с отрицательным мениском 6, обращенным выпуклостью к исследуемому объекту, и двояковыпуклой линзы 7 установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси с фокусированием в плоскости исследуемого потока. Источник лазерного излучения 1, коллиматор 2 и двояковыпуклая линза 7 установлены на общем вибродемпфирующем основании 8, для исключения искажений в формирующем пучке лазерного излучения в результате работы текстильных машин. Средство регистрации потока 9, например фоторегистратор, видеорегистратор или приемный блок передающий изображение на компьютер, установлено под углом 65-90° к оптической оси.
Устройство для визуализации воздушно-пылевых объектов работает следующим образом. Лазерный луч испускаемый источником лазерного излучения 1 проходя через коллиматор 2: через отрицательную линзу 3, цилиндрическую линзу 4 и двояковыпуклую линзу 5 и склеенный с ней отрицательный мениск 6 образует на выходе плоскопараллельный пучок, который фокусируется в передней фокальной плоскости двояковыпуклой линзы 7 фиг. 1. Световой пучок, проходя через двояковыпуклую линзу 7, преобразуется в расходящийся пучок в вертикальной плоскости и обладает постоянным размером в горизонтальной плоскости. Прошедший световой поток диафрагмирует на пылевых частицах исследуемого воздушно-пылевого потока 10, при этом часть отраженного света попадает в объектив средства регистрации потока 9. Плавная фокусировка лазерного пучка на воздушно-пылевом потоке происходит в результате дифференциального продольного перемещения двояковупуклой линзы 7, которое приводит к изменению расстояния К.
В соответствии с предложенным решением был создан экспериментальный образец устройства для исследования воздушно-пылевых потоков на текстильных машинах. В качестве источника излучения использован гелий-неоновый лазер с длинной волны λ=632,8 нм и мощностью 29 мВт.
Для регистрации воздушно-пылевых потоков образующихся на текстильных машинах необходимо создать вертикальный расходящийся пучок постоянной ширины в горизонтальной плоскости. Для этого используем систему для непрерывного изменения расходимости. Расходимость излучения из оптической системы определяем по формуле из источника (Пахомов, И.И. Расчет оптических систем лазерных приборов / И.И. Пахомов, А.Б. Цибуля. - М: Радио и связь, 1986. - 152 с).
f
где θ - расходимость лазерного пучка, r - радиус сечения пучка в передней фокальной плоскости коллиматора; F - фокусное расстояние двояковыпуклой линзы 7.
f
Посредством регулировки расстояния d от отрицательной линзы 3 до двояковыпуклой линзы 5, склеенной с отрицательным мениском 6, расстояния М от цилиндрической линзы 4 до двояковыпуклой линзы 5, склеенной с отрицательным мениском 6, расстояния К от двояковыпуклой линзы 5, склеенной с отрицательным мениском 6 до двояковыпуклой линзы 7 формируется лазерный пучок имеющий радиус сечения 2r=11 мм. После коллиматора 2 установлена двояковыпуклая линза 7 диаметром D=50 мм с фокусным расстоянием F=110 мм. Произведя расчет по формуле (1) получим расходимость лазерного пучка равную 2θ=0,1 рад.
При этом из-за расходимости лазерного пучка θ образуется пятно рассеяния, которое используется для освещения воздушно-пылевого потока. Рассчитываем величину светового пятна, образующегося по вертикальной оси, на расстоянии 1 м, так как это расстояние нами определено как наиболее оптимальное для фоторегистрации воздушно-пылевых потоков на текстильных машинах. Ширина лазерного пучка вдоль оптической оси остается постоянной равной s=3 мм. Находим размер светового пятна по вертикальной оси по формуле из источника. (Васильев А.А. Теневые методы. М.: Наука, 1968. - 400 с.)
Н=2L·2θ=0,20 м.
В качестве регистратора используется фоторегистратор с применением изопанхроматических фотоматериалов обладающих наибольшей чувствительностью к источнику лазерного излучения с длиной волны λ=632,8 нм. Полученная конфигурация лазерного пучка дает возможность исследовать потоки содержащие волокно, пыль, сорные примеси в тонких плоскостях. Это дает возможность получить новую информацию о физических процессах протекающих на текстильных машинах.
Используем следующую схему регистрации (фиг. 2.). Угол α между продольной (оптической) осью лазерного прибора и фоторегистратором может устанавливаться в пределах от 65°-90° в зависимости от конкретного исследуемого воздушно-пылевого потока. При помощи двояковыпуклой линзы 7 можно осуществлять регулировку величины светового пятна, образованного лазерным пучком.
С помощью предлагаемой полезной модели можно исследовать воздушно-пылевые потоки образующиеся при работе текстильных машин, частности поточных линий. Данная полезная модель позволяет при помощи полученных новых экспериментальных данных конструировать новые элементы текстильных машин. Также можно при помощи предлагаемой полезной модели контролировать эффективность работающих систем аспирации. Устройство создано таким образом, что учитывает природу исследуемой пыли, специфику диафрагмирования лазерного луча на пыли, волокнах и сорных примесях.
С помощью заявленного устройства можно изучать воздушные потоки, в которых присутствует мелкодисперсная пыль, как визуально, так и проводить фоторегистрацию.
В отличие от прототипа, в котором используется прием прямого и обратного рассеяния пыли, в предлагаемой полезной модели используется прием бокового светорассеяния. К тому же заявляемая полезная модель учитывает природу пыли, образующуюся при движении потоков текстильных машин.
Для подтверждения работоспособности устройства была проведена визуализация воздушно-пылевого потока образующегося при работе устройства для очистки волокна от сорных примесей и пыли, установленного на лентоформирующую машину, входящую в состав поточной линии ПЛ-1-КЛ.
Через эллипсовидные отверстия устройства производиться выделение сорных примесей и пыли, для того чтобы подтвердить эффективность очистки была проведена визуализация при помощи заявляемого устройства. Она осуществлялась в вертикальной плоскости вдоль продольной оси эллипсовидного отверстия расположенного в устройстве. Фотографии представлены на фиг. 3, 4, 5, где цифрами обозначены: 11-кромки эллипсовидного отверстия, 12-пыль, 13-волокно, 14-сорная частица. Проведенная визуализация подтверждает эффективность разработанного устройства.
Визуализация воздушно-пылевых потоков полученная при помощи разработанного устройства дает возможность изучить взаимодействие технологических и аэродинамических потоков возникающих на текстильных машинах. Дает возможность определить вид течения ламинарный или турбулентный. Устройство позволяет исследовать траектории движения сорных примесей, пыли и волокон в исследуемых воздушных потоках.