www.metroptics.ro

LDV sau LDA (Laser Doppler Anemometry) este o tehnica utilizata de mult timp pentru investigatiile curgerilor în mecanica fluidelor, de peste 30 de ani.

Principiul de masura neintruziv si sensibilitatea directionala fac ca aceasta tehnica sa fie potrivita acolo unde pot schimbari de directie în curgere, reactii chimice sau temperaturi înalte unde senzori intruzivi nu pot fi folositi. Aceasta metoda necesita prezenta de particule în curgere.

Avantajele metodei sunt date de caracterul neintruziv, frecventele mari de esantionare, precizia spatiala si de faptul ca nu necesita calibrare de catre utilizator.

Principii

Configuratia de baza a unui sistem LDV se compune din:

- o sursa laser continua
- un dispozitiv optic de transmisie cu un divizor de fascicul si o lentila convergenta
- un dispozitiv optic de receptie cu o lentila convergenta, un filtru de interferenta si un fotodetector
- un conditioner de semnal si un procesor de semnal

Anumite sisteme sunt prevazute cu un sistem de deplasare robotizat.

Divizorul de fascicul este deobicei o celula Bragg cu un cristal piezoelectric.

La iesirea din celula Bragg se formeaza doua fascicule paralele de intensitate egala avand respectiv frecventele f0 si fshift. Acestea sunt transportate prin fibre optice pâna la o "sonda". În sonda cele doua fascicule paralele sunt focalizate pentru a se intersecta într-un punct numit volum de masura.

Volumul de masura are în general câtiva milimetri. Intensitatea luminii este modulata datorita interferentei dintre cele doua fasciule, ceea ce se traduce prin aparitia unei serii de franje lumionoase. Distanta dintre franje df este definita de lungimea de unda a laserului si de unghiul dintre fascicule:

La fiecare trecere a unei particule prin volumul de masura, aceasta reflecta lumina proportional cu intensitatea luminoasa locala. Lumina reflectata contine un decalaj de frecventa Doppler (largire Doppler) fD care este proportional cu componenta vitezei perpendiculara pe bisectoarea unghiului format de cele doua fasciule laser. Lumina reflectata este colectata de un dispozitiv optic de receptie, trecand printr-un filtru de interferenta care selecteaza numai lungimea de unda necesara si ajunge la foto detector.

Fotodetectorul converteste intensitatea fluctuanta a luminii într-un semnal electric numit "burst Doppler", avand o forma Gaussiana, datorita formei profilelor de intensitate luminoasa a fasciculelor laser. Aceste semnale sunt filtrate si amplificate în procesorul de semnal, prin algoritmi de tip FFT, pentru a se determina fD.

Distanta dintre df franje permite regasirea distantei parcurse de particula în interiorul volumului de masura, iar frecventa Doppler fD permite regasirea timpului în care este parcursa aceasta distanta:
t = 1/fD.

Astfel poate fi regasita viteza particulei : V = df* fD

Largirea de frecventa datorata celulei Bragg rezulta într-o miscare a retelei de franje la o viteza constanta. Particulele ce nu se misca, prezente în aceasta retea vor genera un semnal cu frecventa fshift. Vitezele Vpos si Vneg vor genera semnale cu frecventele fpos si fneg. Astfel se poate detecta semnul vitezei particulelor.