激光多普勒流速測量技術(shù)

激光多普勒流速測量技術(shù)(ＬＤＡ)是用來測量氣體或液體流速的。這項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)的測量技術(shù)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(xiàng)測量技術(shù)是非侵入式的，具有很高的頻率響應(yīng)和大的動(dòng)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(jī)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)制激光，激光被分成兩束，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(shí)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(diǎn)產(chǎn)生的干涉圖樣。如圖２所示，被測對象是一個(gè)橢球體表面對應(yīng)的干涉圖光強(qiáng)分布，光強(qiáng)最大的分布點(diǎn)在干涉圖的中心。需要指出的是?當(dāng)光束角度Ｋ減小時(shí)?被測對象將會(huì)遠(yuǎn)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(gè)干涉圖光強(qiáng)的變化。

多普勒脈沖串的頻率稱為多普勒頻率。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(diǎn)上。觸發(fā)后可以用自動(dòng)存儲模式（ＡｕｔｏＳａｖｅ）將數(shù)據(jù)和時(shí)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(shí)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(gè)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(zhǔn)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(dá)到的測量精度，而結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集卡也不會(huì)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。