Анемометрия лазерная доплеровская

Анемометрия лазерная доплеровская 386 Ареометр 406 [c.547]

Одним из основных методов лазерной анемометрии является доплеровский метод измерения локальных скоростей в потоках, сущность которого заключается в следующем. Движущаяся со скоростью и частица (рис. 11.11) воспринимает некоторую круговую частоту (1), которая связана с круговой частотой падающей на нее волны о уравнением, отражающим эффект Доплера [c.228]

ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ АНЕМОМЕТР [c.118]

Рис. 3.5. Принцип лазерной доплеровской анемометрии

В двухфазных течениях, включающих светорассеивающие частицы (капли), эффективно используется лазерная доплеровская анемометрия — бесконтактный оптический метод измерения скорости движения жидкой фазы. Этот метод можно использовать для прямого измерения коэффициента скольжения жидких (или твердых) частиц, их размеров, степени турбулентности несущей фазы. [c.52]

Рис. 2.23. Схема лазерного доплеровского анемометра по дифференциальной схеме (а) и изменение fo при различных 0 для ЛДА (б)

На рис. 2.24, б приведено изменение fz> в функцин скорости с для реше-ток-модуляторов с различным D. Сравнение диапазонов изменения доплеровской частоты для ЛДА и ЛРА говорит о том, что в ЛРА сдвиг fn на единицу скорости меньше, и поэтому проблема значительного усиления сигнала с фотоприемника не представляет трудностей, так как широкая полоса пропускания усилителя не обязательна. Так, для решетки с D=4Q0 мкм вполне достаточно иметь усилитель с полосой около 10 мГц. В этом случае легко получить усиление примерно 200—300 раз с малым шумом, приведенным ко входу усилителя. Лазерные доплеровские анемометры, как следует из принципа их действия,, инвариантны к оптическим неоднородностям, движущимся вместе с потоком. Необходимо только, чтобы коэффициент скольжения этих частиц мало отличался от единицы и частицы хорошо рассеивали свет. Поэтому калибровку лазерных анемометров по скорости можно осуш,ествлять просто с помощью вращающихся прозрачных дисков путем сравнения доплеровской частоты с угловой скоростью вращения. Сигнал дает естественные рассеивающие неоднородности, возникающие при обработке дисков. [c.54]

Доплеровская частота не зависит от показателя преломления исследуемой жидкости и материала боковых стенок канала (при постоянной их толщине). Имеются схемы для измерения трех компонентов вектора скорости. Основным достоинством лазерных доплеровских анемометров является возможность проводить локальные измерения скорости без возмущения потока. Однако измерения в однофазных неизотермических потоках, а также в двухфазных потоках связаны с определенными трудностями. Для измерения полей скорости применяются оптико-механические сканирующие системы. Их недостаток — небольшая скорость сканирования, которая не позволяет проводить измерения полей скорости нестационарных потоков. Примеры схем для исследований пограничного слоя, турбулентности двухфазных потоков рассмотрены в [39]. Метод применялся для скоростей от [c.387]

Наиболее информативной представляется работа [7], в которой систематизированы результаты по исследованию влияния сил плавучести на интегральные и локальные характеристики течения в вертикальных обогреваемых трубах, полученные авторами ранее, и содержатся новые результаты. Измерения проводились с использованием лазерного доплеровского анемометра и термоанемометра. Получен большой объем информации по профилям скорости и температуры, а также распределениям одноточечных вторых моментов пульсаций скорости и температуры, характеризующим энергию пульсаций и турбулентный перенос импульса и тепла. [c.697]

На рис. 2.23,6 приведены значения /с в зависимости от скорости при разных 0. Лазерный решеточный анемометр на прямом рассеянии изображен на рис. 2.24, а. Луч лазера 1 фокусируется линзой 2 в некоторой точке А потока, где частицы имеют скорость Ск- Изображение этих частиц объективом 3 переносится на плоскость решетки-модулятора 4, расположенного на катоде фотоприемника 5. Если пространственный период решетки-модулятора D, а линейный коэффициент преобразования объектива т, то доплеровская частота [c.53]

Обзор работ по использованию лазерных анемометров для однофазных потоков представлен в [122]. Их применение для двухфазных потоков описано в 35, 122]. Исследования, приведенные в [36, 112, 123], посвящены скольжению частиц жидкой фазы в двухфазном потоке, где почти с одинаковым успехом можно использовать как ЛДА, так и ЛРА. Однако неизбежное возникновение пленки жидкости на прозрачных стеклах канала приводит к нарушению когерентности лучей ЛДА и увеличению фоновых засветок, что выражается в увеличении шума и даже исчезновении доплеровского сигнала. В ЛРА, где когерентность луча не имеет значения, эта проблема отпадает и основная причина ухудшения сигнала объясняется фоновыми засветками. Заметим, что подобное явление сильно сказывается при работе с лазерными анемометрами в узких каналах. При исследовании двухкомпонентных потоков (воздух—вода) преимущество ЛРА в сравнении с ЛДА, использующим бипризму Френеля в качестве расщепителя луча, были очевидными. [c.55]

Измерение степени турбулентности требует специальной сложной обработки доплеровского сигнала, который имеет вид импульсов типа вспышек с частотой fo (ввиду случайного распределения частиц в потоке и большого пространственного разрешения оптической схемы анемометров). Не касаясь специальных вопросов обработки доплеровских сигналов, заметим, что к настоящему времени созданы ЛДА с подобной обработкой сигналов и выводом информации на цифровое табло. Практически лазерные анемометры не имеют ограничений по измерению степени турбулентности (что особенно важно для исследований в проточных частях турбомашин), а верхний предел по измеряемым скоростям определяется только способом измерения доплеровской частоты. Так, для случая использования в ЛДА фотоприемника с полосой пропускания 250 мГц при угле сведения лучей 20° верхняя граница измеряемой скорости около 400 м-с . При использовании в ЛДА эталона Фабри—Перо этот диапазон может быть увеличен до 800—1000 м.с- 1,122]. В ЛРА с т=10 и )=400 мкм (А=0,02б мГц-с-м- ), разработанном в МЭИ [35], верхний предел измеряемой скорости составил 300 м-с . Заметим, что в этом варианте анемометра ограничение по скорости лимитируется полосой пропускания усилителя. [c.55]

Оптическая диагностика двухфазных сред, бурно развивающаяся в последнее время, использует лазерные доплеровские анемометры по дифференциальной схеме (ЛДА) и лазерные решеточные анемометры (ЛРА). Различие между ними заключается в том, что пространственная решетка — модулятор в первом приборе формируется за счет интерференции двух когерентных лучей лазера в потоке, а во втором — либо проецируется в поток оптической системой, либо создается на фотоприемнике рассеянного света. Отсюда следует, что ЛРА не требует когерентного источника света и поэтому соответствующий прибор более прост по оптической схеме. Однако в связи с тем, что интерференция двух гауссовских пучков когерентного света дает решетку с синусоидальным пространственным распределением освещенности, ЛДА имеет более чистый сигнал с малым содержанием гармоник. В ЛРА обычно используют решетку с пространственным распределением освещенности (пропускания) в виде меандра, но сигнал содер-.жит высшие гармоники, т. е. менее чист . Энергетическая оценка ЛДА и ЛРА показывает, что при равных условиях ЛДА требует в 2 раза менее мощный источник света, так как при интерференции пучков в месте максимальной осве-сЩеиности пространственной решетки волны света складываются, тогда как в ЛРА половина мощности источника пропадает — затеняется пространственной решеткой-модулятором. Сравнительная оценка ЛДА и ЛРА, использующих одну и ту же оптику, проведена в [35, 122]. [c.52]

Высокое пространственное разрешение лазерных доплеровских анемометров позволяет траверсировать потоки подобно тому, как это делается обычными зондами. При уменьшении фоновых засветок прибор применим для измерения скоростей в дограничных слоях. ЛДА и ЛРА могут работать на прямом и обратном [c.55]

Лазерная доплеровская анемометрия. Метод измерения скорости основан на эффекте Доплера и состоит в зондировании потока пересекающимися лазерными лучами, регистрации рассеянного на движущихся в потоке метках лазерного излучения и измерении разности частот рассеянных волн. В схеме, изображенной на рис. 6.14, использованы два луча, которые сфокусированы в исследуемую область потока, где при этом образуется интерференционная картина, проецируемая на поверхность детектора. Доплеровская частота сигнала обусловленного пересечением метками интерференци- [c.386]

Частоты, наблюдаемые в этих экспериментах, очень низки (например, 9—30-10 Гц. Французская группа одной из первых получила отображения Пуанкаре в опытах с жидкостями. Этому способствовало то, что они обнаружили в жидкости области, где преобладала одна частота, т. е. один осциллятор. Эту частоту можно было использовать для временной привязки отображений Пуанкаре. Два таких отображения показаны на рис. 2.18. Первое квазипериодично, и отношение частот близко к 3. Второе содержит 1500 точек отображения и показывает разрушение тороидального аттрактора перед установлением хаоса, я измерения параметров течения использовались лазерный доплеровский анемометр и метод дифференциальной интерферометрии. Захват мод н хаос в конвекции исследуются также в более поздней работе [62]. [c.119]

ВОД линейной скорости используют методы лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА). Скорость объектов определяется дистанционно путем измерения доплеровского сдвига частоты излучения, рассеянного движуш имся объектом f , = /(2л), где Ко и — волновые векторы падающего и рассеян-ного излучения соответственно V — скорость тела [15]. [c.217]

По сравнению с другими методами лазерная анемометрия имеет некоторые преимущества отсутствие возмущений, обычно вносимых датчиком в поток высокое пространственное разрешение (10- мм ) линейная связь доплеровского сигнала со скоростью потока отсутствие необходимости в тарировке чувствительность к направлению потока. Следует, однако, иметь в виду, что при измерениях в неиэотермийеских течениях возникают искажения лазерных пучков вследствие неоднородности поля плотности вещества. Эти эффекты должны быть предметом специального анализа. [c.121]

Лазерная техника дала возможность довести спектральное разрешение излучения до 10 см". Это позволило пзучать Р. с. от медленно движущихся частиц с целью установления их распределения по скоростям (доплеровская лазерная анемометрия) и разрешить тонкие особенности спектров рассеяния с помощью спец, разработанных методов оптич. гомодинирования и гетеродинирования (с.м. Детектирование света). Отличие этих методов от траднциоявых состоит в анализе ве частотных спектров рассеянного поля, а спектров его интенсивности. Этот вариант нелинейной спектроскопии Р. с. даёт возможность исследовать высшие корреляторы поля (см. Квантовая оптика), что представляет большой интерес, т, к, статистика рассеянного излучения несёт информацию о строении веществ и процессах, происходящих в них. [c.282]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...