Деловая слава России


Новости


МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты



РАЗВИТИЕ НАУКИ В РОССИИ



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Наука » Лазерная доплеровская анемометрия

Наука: Лазерная доплеровская анемометрия - 25-07-2013, 14:55

 

 

Владимир Генриевич МЕЛЕДИН д.т.н., профессор, Генеральный директор ОАО «Институт оптико-электронных информационных технологийВладимир Генриевич МЕЛЕДИН,

д.т.н., профессор, Генеральный директор ОАО «Институт оптико-электронных информационных технологий», главный научный сотрудник Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, действительный член Российской инженерной академии и Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, член Высшего инженерного совета России, г. Новосибирск

 

ЛАЗЕРНАЯ ДОПЛЕРОВСКАЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ АНЕМОМЕТРИЯ В НАУКЕ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

Прецизионные невозмущающие оптоэлектронные измерения кинематики и структуры многофазных потоков необходимы в экспериментальной механике, физике, химии, биологии, медицине, экологии, технике. Информация о скорости получается при измерении доплеровского сдвига частоты лазерного света в режиме обратного светорассеяния на взвешенных в потоке и движущихся вместе с ним малых частицах и фазовых неоднородностях.

 

Лазерная доплеровская анемометрия

Нанотехнологии, экспериментальная гидро-, газо- и плазмодинамика многофазных систем, безопасность, ресурс и экология в энергетике, в авиации, ракетной и атомной технике, судостроении, наземном транспорте, станко- и приборостроении – вот далеко не полный перечень областей, для которых применение подобных систем является жизненно важным. Особую актуальность в последнее время приобрела верификация расчетных кодов (CFD) и компьютерных моделей течений в науке и в инновационных промышленных технологиях. Крайне необходимы такие измерительные лазерные системы, простые и безопасные в использовании и не уступающие лучшим зарубежным аналогам для образовательных целей.

 

 

Со времен первой публикации по лазерной доплеровской анемометрии (Yeh Y., Commins H.Z., 1964) прошло почти полвека. За это время в нашей стране тематика развивалась различными организациями. Сегодня явным лидером является научно-производственная группа из новосибирского Академгородка - ОАО «Институт оптико-электронных информационных технологий» (ОАО «ИОИТ») и «Институт теплофизики им.С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН).

 

 

Лазерная доплеровская анемометрияМировой уровень исследований коллектива основан на цикле работ 80-90-х годов по созданию систем на газовых лазерах и разработке первых мощных инжекционных лазерных излучателей для оптического приборостроения (совместно с ЛФТИ им. А. Ф. Иоффе, руководитель академик Ж. И. Алферов). В результате появились первые в мире доплеровские измерители скорости и линейных размеров горячего проката для металлургии на полупроводниковых ла зерах (серия «Альтаир»). Значительный научный задел обусловил создание информационно-измерительной системы «ЛАД-0хх» в 2003 году, на три года раньше появления лучшего мирового аналога (DANTEC), при частичной поддержке программы импортозамещения СО РАН.

 

 

Переход к полупроводниковым лазерам (к.п.д. 20-60%) сделал возможным создание эффективных и малогабаритных по сравнению с системами на основе газовых лазеров (к.п.д. 0.03%) информационно-измерительных систем с принципиально новыми функциональ ными возможностями. Однако по качеству оптического излучения, по его пространственной и временной когерентности и пригодности для метрологии полупроводниковые лазеры существенно проигрывают газовым.

 

 

Лазерная доплеровская анемометрияДля того, чтобы заменить газовые высокогерентные лазеры полупроводниковыми в информационно - измерительных интерферометрических системах, потребовались теоретические и экспериментальные исследования по ряду направлений. Выполнены теоретические исследования особенностей формирования и регистрации оптоэлектронных сигналов в условиях фотонного ограничения, исследования устойчивости анаморфотных схем, созданы новые методы параметрической стабилизации волновых фронтов, созданы методы и устройства для фотоэлектронных преобразований оптических сигналов с динамическим диапазоном до 1016 по энергии.

 

 

Важнейшим направлением исследований был переход от работы с засеянными искусственными светорассеивающими частицами потоками, используемыми в зарубежных методиках, к обработке сигналов непредсказуемых по характеристикам светорассеяния естественных взвесей. Только при выполнении этого условия оказалось возможным создать бортовые подводные системы для исследований тонкой микроструктуры гидрофизических полей в океане.

 

 

Создание доплеровских информационно-измерительных полупроводниковых лазерных систем, работающих в режиме обратного светорассеяния от случайных взвесей в потоках, является нетривиальной научной задачей. Ее решение потребовало проведения комплекса мультидисциплинарных и фундаментальных исследований по всему спектру возникающих проблем: информатике, методам обработки сигналов, квантовой и акустооптике, радиофизике, однофотонному приему, системам сбора и обработки данных и так далее.

 

Лазерная доплеровская анемометрияВ области обработки и преобразования оптоэлектронных сигналов от случайных взвесей создана группа методов, ориентированных на обработку эргодических процессов, предусматривающих временное разделение операций, отличающихся максимально возможной концентрацией энергии поля в измерительном объеме и максимальным отношением сигнал/шум. Созданы информационно-измерительные полупроводниковые лазерные доплеровские системы для диагностики многофазных потоков (серия ЛАД-0х) пред назначенные для бесконтактного измерения и визуализации двух и трех компонент вектора скорости газожидкостных многофазных, мутных потоков, а также концентрации светорассеивающих частиц. Создан вариант информационно-измерительной схемы трехкомпонентного анемометра на основе комбинации двухкомпонентнтых систем. Каждая такая система содержит все элементы оптических и электронных подсистем и работает с внешним компьютером по стандартному сетевому каналу. За счет реализации протокола TCP компьютер может размещаться в произвольном месте (например, в другом городе), а физические эксперименты могут проводиться в дистанционном режиме, в закрытых и опасных зонах и на полигонах, использоваться в системе дистанционного образования. В системах используются не имеющие прямых зарубежных аналогов алгоритмы и, преимущественно, российские компоненты.

 

 

Информационно-измерительные полупроводниковые лазерные доплеровские системы ЛАД-0х внедрены и используются во многих научных и учебных организациях России: ОАО «Силовые машины» (Санкт-Петербург, контроль и создание гидротурбин), Институте гидродинамики (диагностика вихрей и внутренних волн) СО РАН, Институте проблем безопасного развития атомной энергетики РАН (тепломассообмен, безопасность атомной энергетики, нанотехнологии), Пермском государственном университете (исследования конвекции), Томском государственном университете (исследования лесных пожаров), Исследовательском центре проблем энергетики Казанского НЦ РАН, Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С.П. Королева (диагностика авиадвигателей) и другие.

 

 

На VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций разработки были награждены Золотой медалью и отмечены дипломом первой степени (2007), на VIII Московском международном салоне инноваций и инвестиций – дипломом и Серебряной медалью (2008).  3D лазерный доплеровский анемометр «ЛАД-056» признан победителем Конкурса русских инноваций медиахолдинга «Эксперт» в номинации «Лучшая промышленная инновация России-2008». Награжден медалью “Innovations for investments to the future” Американо-Российского Делового Сою за (ARBU) в рамках международной программы “Golden Galaxy” (2009), награжден Золотой медалью и дипломом первой степени в номинации «Новые высокотехнологические разработки оборудования и наукоемкие технологии» по итогам конкурса «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года» (Санкт-Петербург, 2011), а предприятие-изготовитель ОАО «ИОИТ» стало лауреатом Национальной премии «Золотой Меркурий» как лучшее предприятие России в области инновационной деятельности (Москва, 2012).

 

 

Лазерная доплеровская анемометрияНаучный и технический уровень достигнутых результатов иллюстрирует тот факт, что в 2012 году Государственный первичный эталон воздушного потока России (ВНИИМ) оснащен прецизионным лазерным полупроводниковым диагностическим комплексом (ЛАД-015). Выполнена завершенная разработка и созданы средства прецизионной лазерной диагностики первичного Государственного эталона единицы скорости воздушного потока России ГЭТ-150-2012 на основе методов прецизионной полупроводниковой лазерной доплеровской анемометрии. Многие характеристики созданной системы прецизионной лазерной диагностики и калибровки превышают характеристики лучших мировых аналогов.

 

 

За счет применения ряда оригинальных идей, методов и технических решений обеспечена расширенная неопределенность обновленного первичного эталона на уровне 0,14-0,3% при измерении скорости воздушного потока в диапазоне 0,05-100м/с (Р=0,95, к=2). Успешно пройден этап государственных испытаний, первичной аттестации и сдаче обновленного государственного первичного эталона ГЭТ-150-2012 в эксплуатацию, завершается подготовка метроло гами нового ГОСТа «Государственная поверочная схема для средств измерения скорости воздушного потока» в рамках государственной системы обеспечения единства измерений РФ.

 

 

В результате выполненных работ обновленный Государственный первичный эталон России ГЭТ-150-2012 вышел на лидирующие позиции в мире, что подтверждено результатами международных ключевых сличений национальных эталонов единицы скорости воздушного потока CIPM CCM-FF-K3, в которых принимали участие первичные эталоны шести стран - Японии, Кореи, Сингапура, Тайваня, США и России.  Уровень созданных лазерных доплеровских полупроводниковых анемометров отвечает современным требованиям инновационных и импортозамещающих промышленных технологий, а также прогнозируемому развитию фундаментальной и прикладной науки в обозримой перспективе.

 

 

Литература

 

1. Меледин В.Г. Информатика оптоэлектронных измерений: наука и инновационные промышленные технологии // Новосибирск: Изд-во ИТ СО РАН, 2008. – 75 с.

 

2. V. Meledin. Informatics of Optoelectronic Measurements: Science and Innovative Industrial Technologies // Journal of Engineering Thermophysics, 2009. – Vol.18. – No. 2. – P.99-128.

 

3. Меледин В.Г. Информатика оптоэлектронных измерений: наука и инновационные промышленные технологии // Деловая слава России. Межотраслевой альманах для организаторов производства. - 1/6(29), выпуск 2010/2011. – С. 74-76.

 

4. Меледин В.Г. 3D-диагностика - просто, точно, доступно / Наука из первых рук, 2010. – № 2. – С.23-24.

 

5. Меледин В.Г. Оптоэлектронные информационные системы в инновационных промышленных технологиях // Деловая слава России. Межотраслевой альманах для организаторов производства. - 4(32), выпуск 2011. – С.42-44.

 

6. Meledin V. Optoelectronic Measurements in Science and Innovative Industrial Technologies // Optoelectronic Devices and Properties. ISBN 978-953-307-204-3. – Chapter 18. - Suffolk, UK: INTECH, 2011. – P. 373-399.

 

7. Меледин В.Г. Оптико-лазерные измерительные технологии для металлургии // Деловая слава России. Межотраслевой альманах для организаторов производства. - № 4(37), выпуск 2012. – С.24-27.

 

 



 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО


Календарь событий:

«    Июнь 2019    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

Архив новостей:

Май 2019 (4)
Апрель 2019 (2)
Март 2019 (2)
Февраль 2019 (5)
Январь 2019 (4)
Декабрь 2018 (6)