Лазерно-доплеровская велосиметрия LDV

Лазерно-доплеровская велосиметрия, или LDV, представляет собой оптический метод измерения скорости потока в заданной точке измерительного поля с высоким временным разрешением. Метод основан на регистрации доплеровского сдвига частоты света, рассеянного движущимися частицами, находящимися в исследуемом потоке.

Назначение метода

LDV применяется для точечного измерения скорости в газовых и жидкостных потоках, включая стационарные и нестационарные течения. Благодаря высокому временному разрешению метод позволяет исследовать быстроизменяющиеся процессы, пульсации скорости, турбулентные структуры и локальные особенности движения среды.

В отличие от интегральных методов диагностики, лазерно-доплеровская велосиметрия обеспечивает локальное измерение параметров потока без внесения возмущений в исследуемую область, что делает её важным инструментом экспериментальной гидро- и газодинамики.

Состав системы LDV

Системы LDV компании Artium включают оптическую систему, в состав которой входят твердотельный лазер с диодной накачкой DPSS, модуль частотного сдвига, оптический приёмник с компактными фотодетекторами, предварительные усилители, система обработки сигналов ASA, а также программный пакет Automated Instrument Management System, или AIMS.

Такой состав обеспечивает формирование измерительного объёма, регистрацию рассеянного излучения, усиление слабых оптических сигналов и их последующую цифровую обработку. Программное обеспечение AIMS предназначено для автоматизированного управления измерительным комплексом, настройки параметров системы и анализа получаемых данных.

Принцип измерения

Принцип работы LDV основан на пересечении когерентных лазерных пучков, которые формируют в потоке интерференционную область. Частицы, движущиеся через эту область, рассеивают свет с частотой, зависящей от их скорости. Зарегистрированный доплеровский сигнал преобразуется в значение локальной скорости частицы, которая при корректном засеве потока соответствует скорости исследуемой среды.

Частотный сдвиг используется для определения направления движения и повышения достоверности измерения скорости. Благодаря малому размеру измерительного объёма LDV позволяет получать данные с высокой пространственной локализацией.

Конфигурации систем Artium

Компания Artium Technologies предлагает стандартные компактные модульные системы LDV, компактные зондовые измерительные головки, автономные системы, а также индивидуально проектируемые оптические комплексы, адаптированные под конкретные требования измерительной среды.

Оптические передатчики и приёмники работают как готовые к применению системы, не требующие внутренней юстировки. Это снижает трудоёмкость подготовки эксперимента и обеспечивает стабильность измерений при эксплуатации.

Модульные оптические системы могут устанавливаться на общей направляющей и перемещаться с помощью компьютерно-управляемой координатной системы. Такая конфигурация позволяет выполнять последовательное сканирование измерительной области и получать распределения скорости в различных точках потока.

Преимущества метода

Лазерно-доплеровская велосиметрия является неинвазивным методом, поскольку измерение выполняется оптически и не требует введения датчиков в поток. Это особенно важно при исследовании чувствительных, маломасштабных или высокоскоростных течений, где механическое вмешательство может исказить структуру потока.

К основным преимуществам LDV относятся высокая точность измерения скорости, высокое временное разрешение, локальность измерений и возможность применения в сложных экспериментальных условиях. Метод эффективен для анализа турбулентности, пульсаций, сдвиговых слоёв, струйных течений, аэродинамических и гидродинамических процессов.

Области применения

LDV используется в исследованиях газовых и жидкостных потоков, аэродинамических труб, струй, каналов, турбомашин, распылительных систем, микрофлюидных устройств и других объектов, где требуется точное локальное измерение скорости.

Метод также применяется при верификации численных моделей, изучении турбулентных характеристик, оптимизации инженерных устройств и разработке систем, связанных с управлением потоками.