, , ,

باد سنج دوپلر لیزری (LDA)

باد سنج دوپلر لیزری (LDA)

قبلا ملاحظه کردیم که روش های اپتیکی مشاهده ی جریان این مزیت را دارند که در حین انجام اندازه گیری جریان را آشفته نمی سازند.بادسنج لیزری وسیله ای است که مزیت آشفته نساختن روش های اپتیکی را دارد و کمیت سرعت ها را با دقت بالایی اندازه می گیرد.این وسیله توانایی پاسخ سریع را دارد و برای اندازه گیری افت و خیز های مغشوش فرکانس بالا مناسب است.

تصویر شماتیک LDA در شکل الف نشان داده شده است.پرتو لیزر به کمک عدسی L1 روی یک المان حجم کوچک در جریان متمرکز می گردد.برای آن که این دستگاه قادر به کار باشد، جریان باید محتوی نوعی ذرات ریز باشد که بتواند نور را پراکنده سازد.اما تمرکز مورد نیاز ذرات بسیار کوچک است. مثلا آب تصفیه شهر برای پراکنده ساختن پرتو تابشی به اندازه ی کافی ناخالصی دارد. دو عدسی اضافی L2 و L3 به نحوی قرار داده شده اند تا پرتو لیزری که از میان سیال عبور می کند (عدسی L3 ) و قسمتی از پرتویی که تحت زاویه ی Ө پراکنده می شود ( عدسی L2 ) را دریافت کند.

در فرکانس نور پراکنده شده یک جابجایی دوپلر به وجود می آید که با سرعت جریان نسبت مستقیم دارد. چگالی قسمت پراکنده نشده ی پرتو توسط صافی چگالی خنثی کاهش یافته و از طریق تقسیم کننده ی پرتو مجددا با پرتو پراکنده شده ترکیب می شود.دستگاه باد سنج لیزری باید به نحوی ساخته شود که پرتو های مستقیم و پراکنده ی مسیر اپتیکی یکسانی را طی کنند، به طوری که در لوله ی تکثیر کننده ی نور تداخلی متناسب با جابجایی فرکانس مشاهده گردد.این جابجایی معرف سرعت جریان است.برای بازیافتن داده های سرعت از علائم تکثیر کننده ی نور باید از روش های الکترونیکی پیشرفته ای جهت پردازش علائم استفاده شود.با به کار گرفتن یک آنالیزور طیفی می توان سرعت را در جریان آرام دائم و سرعت میانگین و شدت توربولانس را در جریان مغشوش تعیین کرد.

روش های مشابه برای پراکنده ساختن و اندازه گیری در شکل های  ب و  ج نشان داده شده است.در (ب) پرتو لیزر در خارج مقطع آزمایش تقسیم می گردد و پرتو را می توان دقیقا روی نقطه ی مورد مطالعه در میدان جریان متمرکز ساخت. روزنه به عنوان حفاظی در برابر نور پراکنده شده ی نا همدوس ( غیر منسجم، ناموافق ) و نور زمینه عمل می کند. شکل  ج اصلاح بیشتر سیستم را نشان می دهد و تنظیم آسان طول مسیر را امکان پذیر می سازد.

در کار LDA غالبا از لیزر های گازی هلیوم – نئون استفاده می شود، گرچه لیزر های یون آرگون پرتو خروجی شدید تری فراهم می کند. لیزر هلیوم – نئون با طول موج 632.8 نانو متر (در حدود 14^10*5 هرتز) و پهنای نوار 10 هرتز کار می کند.گرچه جابجایی دوپلر حاصل از مراکز پراکندگی متحرک در مقایسه با فرکانس منبع لیزری کوچک است، اما در مقایسه با پهنای نوار بسیار بزرگ بوده و می توان آن را به کمک روش های هترودین آشکار کرد. در این روش فوتو کاتود پرتو پراکنده شده را با پرتو مرجع مخلوط می کند تا جریانی با فرکانس مساوی با اختلاف فرکانس دو پرتو تولید کند. پردازش الکترونیکی نیاز به تحلیل طیفی جریان تکثیر کننده ی نوار دارد تا فرکانس دوپلر و از آن جا سرعت جریان تعیین شود.

واضح است که LDA سرعت ذرات پراکنده کننده را اندازه می گیرد.اگر آن ها به اندازه ی کافی کوچک باشند، سرعت لغزشی میان ذرات وسیال کوچک خواهد بود و لذا معرف خوبی برای سرعت سیال به دست خواهد آمد.
باد سنج های لیزری که پیش از یک مولفه سرعت را به طور همزمان اندازه می گیرند نیز ساخته شده اند، اما اپتیک و فن پردازش الکترونیکی سیگنال ها کاملا پیچیده و گران است. ولی با این حال امید غیر منتظره ای را در بررسی دقیق توربولانس و سایر پدیده های جریان عرضه می کند که انجام آن به طریق دیگر امکان پذیر نیست.ولش و هاینر خاطر نشان ساخته اند که حجم نمونه ی یک پرتو لیزری کانونی شده می تواند به کوچکی 5-^10 *1.6 (mm ^3 ) با تفکیک مکانی مرتبه ی چند ده میکرون باشد.

 تصویر شماتیک سیستم اندازه گیری جریان بادسنج لیزری

باد سنج دوپلر لیزری

باد سنج دوپلر لیزری

باد سنج دوپلر لیزری

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *