laser doppler anemometry instituto superior técnico pedro jorge mendes novembro 2003

Laser Doppler Anemometry

Instituto Superior Técnico

Pedro Jorge MendesNovembro 2003

Princípio Base

Técnica de medição da velocidade de um fluido, baseada no efeito Doppler

da luz que é dispersa a partir de pequenas partículas que acompanham

o movimento do fluido em estudo.

Componentes

Fonte de Luz

Separador de feixe e Célula de

Bragg

Emissor

Volume de controle

Receptor

Foto multiplicador

es

Processador de sinal

Escoamento

Ópticas de transmissão

Ópticas de

recepção

Fonte de Luz

Direccional Coerente Monocromática Polarizada

Separador de feixes eCélula de Bragg

O primeiro separa o feixe original em 2

A segunda altera a frequência de 1 dos feixes

Laser

Braggcell

Células electroscópicas gratings rotativas de difracção

Em DANTEC webpage

Emissor

Lente convergente para que exista cruzamento dos feixes no volume de controle

Muito importante conhecer as características do arranjo óptico (ângulo entre os 2 feixes, distância focal)

Volume de Controle

t (measured)

Signal

Time

Franjas claras e escuras Distância entre franjas conhecida

Só mede a componente da velocidade perpendicular ao

plano das franjas

Em DANTEC webpage

Em DANTEC webpage

Volume de Controle

2sin

4

L

zD

F

L

y D

F

4

2cos

4

L

xD

F

F

DL

Y

Z

X

z

xX

Z

f

2sin2 f

Em DANTEC webpage

L

f DE

FN

2tan8

Volume de Controlo eCélula Bragg

Em DANTEC webpage

Em DANTEC webpage

Partículas Traçadoras

Fundamentais Devem acompanhar o escoamento ↑ do diâmetro ⇒ ↑ intensidade do

sinal Não devem tornar o meio opaco

impedindo a passagem da luz

Receptor

Receiving opticswith detector

Transmittingoptics

Receiving optics

with DetectorLaser

Braggcell

Detector

Forward e side scatteredBack scattered

Em DANTEC webpage

Em DANTED Webpage

Receptor

Fotomultiplicadores: mais sensíveis, emissão de electrões, excitados pelos fotões

Fotodiodos: mais resistentes, inversão da sentido da corrente devido à luz incidente

Processador de Sinal Correlators Frequency trackers Counters Spectrum analyzers

PrecisãoGama de frequências

Capacidade para distinguir os sinais do ruídoResolução temporal

Imprecisões Reflexos Desvio dos raios Não perpendicularidade dos raios em

relação ao plano de medida Desalinhamento do receptor (excepto

back scatter) Interferências Gradientes de velocidade no volume de

controlo

Aplicações Escoamentos laminares e turbulentos Estudos aerodinâmicos Escoamentos Supersónicos Automóveis, turbinas etc. Medidas de vibrações Ambientes quentes Velocidade de partículas ...etc.

Algumas notas finais Técnica de medição de velocidades em

líquidos ou em gases Pode medir 1, 2 ou as 3 componentes da

velocidade Técnica óptica (Não-intrusiva) Não necessita de calibração Boa precisão Boa resolução espacial devido ao reduzido

volume de controle Requer partículas traçadoras Requer acesso óptico ao escoamento Moroso

Exemplo Aparelho em vidro

Duran, IR=1,47 Diâmetros pequenos Alterações de

curvatura

Exemplo

X

Y

-30 -20 -10 0 10 20 30 40

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Frame 001 03 Nov 2003 Frame 001 03 Nov 2003