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            激光多普勒流速測量技術(shù)

            作者: 時間:2005-08-14 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            (LDA)是用來測量氣體或液體的。這項技術(shù)與傳統(tǒng)的相比具有顯著優(yōu)勢,它可以精確測量許多不同粒子的速度,而不需要另外的儀器校正。這項是非侵入式的,具有很高的頻率響應(yīng)和大的動態(tài)范圍。LDA技術(shù)常應(yīng)用在蒸汽流測量、風(fēng)洞湍流測量和內(nèi)燃機燃料流測量當(dāng)中。Compuscope 82G數(shù)據(jù)采集卡已被證明非常適用于LDA系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸。

            1 LDA原理

            系統(tǒng)采用連續(xù)調(diào)制被分成兩束,先經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后相互垂直入射到粒子流中。在兩束激光交叉處便產(chǎn)生了干涉圖樣。激光束的后向散射經(jīng)過接收光學(xué)系統(tǒng)后聚焦在探測器上,再由探測器實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。LDA原理示意圖如圖1所示。

            2 干涉圖樣

            為了研究光電探測器接收到的信號,必須知道兩束光在交叉點產(chǎn)生的干涉圖樣。如圖2所示,被測對象是一個橢球體表面對應(yīng)的干涉圖光強分布,光強最大的分布點在干涉圖的中心。需要指出的是?當(dāng)光束角度K減小時?被測對象將會遠離聚焦光束?它的長度將增加而寬度減小。

            就像前面提到的那樣?信號是由粒子經(jīng)過干涉圖樣反射的散射光組成,變化的振幅代表了每個干涉圖光強的變化。

            脈沖串的頻率稱為頻率。該頻率與干涉圖空間常數(shù)(df)相乘可用來測量速度。從圖3可以看出,干涉圖空間常數(shù)(df)是由激光波長(λ)除以光束反射角(K)正弦的2倍得到。由于激光波長可以精確測量(精確到0.01%),因此采用LDA技術(shù)可以非常精確地測量流體速度。

            3 信號捕獲和數(shù)據(jù)處理

            多普勒脈沖串可由Compuscope 82G數(shù)據(jù)采集卡來捕獲。由于多普勒脈沖串是非周期信號,因此Compuscope 82G的觸發(fā)電平被設(shè)置在高于噪聲的測量值的起始電平點上。觸發(fā)后可以用自動存儲模式(AutoSave)將數(shù)據(jù)和時間保存下來。

            LDA中被測信號在兆赫茲(MHz)水平上,而Compuscope 82G數(shù)據(jù)采集卡在雙通道模式下采集速率為1GS/s,因此采集到的信號可以精確可靠地重建。由Compuscope軟件提供的快速傅里葉變換(FFT)是時域信號向頻域信號變換的理想工具。注意:所采集到的數(shù)據(jù)至少包含3個部分(如圖4所示):

            1)由粒子經(jīng)聚焦光束而產(chǎn)生的較低頻率―基頻。

            2)與干涉圖樣相關(guān)的加在基頻上的多普勒信號(中心頻率fd)。

            3)探測器和后續(xù)電路產(chǎn)生的寬帶噪聲。

            4 結(jié)束語

            應(yīng)用LDA技術(shù),結(jié)合Compuscope 82G數(shù)據(jù)采集卡,就能組成可靠準確的流體速度測量儀。LDA技術(shù)可以提供其它技術(shù)無法達到的測量精度,而結(jié)合先進的數(shù)據(jù)采集卡也不會帶來很大的成本支出。在不久的將來,這套系統(tǒng)有望成為成熟的、可供選擇的流體速度測量儀。



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