激光多普勒流速测量技术

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
激光多普勒流速测量技术(LDA)是用来测量气体或液体流速的。这项技术与传统的测量技术相比具有显著优势,它可以精确测量许多不同粒子的速度,而不需要另外的仪器校正。这项测量技术是非侵入式的,具有很高的频率响应和大的动态范围。LDA技术常应用在蒸汽流测量、风洞湍流测量和内燃机燃料流测量当中。Compuscope 82G数据采集卡已被证明非常适用于LDA系统数据的采集、存储和传输。 1 LDA原理 系统采用连续调制激光,激光被分成两束,先经光学系统聚焦后相互垂直入射到粒子流中。在两束激光交叉处便产生了干涉图样。激光束的后向散射经过接收光学系统后聚焦在探测器上,再由探测器实现光电转换。LDA原理示意图如图1所示。 2 干涉图样 为了研究光电探测器接收到的信号,必须知道两束光在交叉点产生的干涉图样。如图2所示,被测对象是一个椭球体表面对应的干涉图光强分布,光强最大的分布点在干涉图的中心。需要指出的是当光束角度K减小时被测对象将会远离聚焦光束它的长度将增加而宽度减小。 就像前面提到的那样信号是由粒子经过干涉图样反射的散射光组成,变化的振幅代表了每个干涉图光强的变化。 多普勒脉冲串的频率称为多普勒频率。该频率与干涉图空间常数(df)相乘可用来测量速度。从图3可以看出,干涉图空间常数(df)是由激光波长(λ)除以光束反射角(K)正弦的2倍得到。由于激光波长可以精确测量(精确到0.01%),因此采用LDA技术可以非常精确地测量流体速度。 3 信号捕获和数据处理 多普勒脉冲串可由Compuscope 82G数据采集卡来捕获。由于多普勒脉冲串是非周期信号,因此Compuscope 82G的触发电平被设置在高于噪声的测量值的起始电平点上。触发后可以用自动存储模式(AutoSave)将数据和时间保存下来。 LDA中被测信号在兆赫兹(MHz)水平上,而Compuscope 82G数据采集卡在双通道模式下采集速率为1GS/s,因此采集到的信号可以精确可靠地重建。由Compuscope软件提供的快速傅里叶变换(FFT)是时域信号向频域信号变换的理想工具。注意:所采集到的数据至少包含3个部分(如图4所示): 1)由粒子经聚焦光束而产生的较低频率—基频。 2)与干涉图样相关的加在基频上的多普勒信号(中心频率fd)。 3)探测器和后续电路产生的宽带噪声。 4 结束语 应用LDA技术,结合Compuscope 82G数据采集卡,就能组成可靠准确的流体速度测量仪。LDA技术可以提供其它技术无法达到的测量精度,而结合先进的数据采集卡也不会带来很大的成本支出。在不久的将来,这套系统有望成为成熟的、可供选择的流体速度测量仪。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/measure/200703/10173.html
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