Фізика/7.Оптика

Русанов Я.С.

Національний технічний університет України «КПІ»

Принцип роботи лазерної допплерівськї анемометрії

Лазерна доплерівська анемометрія (від грецького "anemos" - вітер, рух) – метод,який дозволяє вимірювати швидкість руху газоподібних, рідких і твердих середовищ, що містять світлорозсіюючі неоднорідності без безпосереднього контакту.

Принцип роботи ЛДА заснований на ефекті Доплера, суть якого полягає у залежності частоти випромінювання світла, відбитого або розсіяного об'єктом, від швидкості його руху.

Якщо на об'єкт, який рухається зі швидкістю U, направити монохроматичні випромінювання з частотою (рис. 1а), то відбите від нього випромінювання буде мати частоту , що відрізняється від частоти падаючого випромінювання.

Доплерівский зсув частоти визначається виразом

де - різницевий хвильовий вектор, - хвильовий вектор падаючого випромінювання, - хвильовий вектор розсіяного випромінювання.

З урахуванням введених на рис.1 позначень:

, (1)

де - показник заломлення середовища, - довжина хвилі падаючого випромінювання у вакуумі.

Наведений вище вираз характеризується лінійною залежністю допплерівської зсуву частоти. від величини швидкості, причому коефіцієнт пропорційності залежить від значень кутів і та оптичних властивостей середовища.

Принцип роботи ЛДА можна розглянути на схемі з двома зондуючими променями,які мають хвильові вектори і та близькі частоти і (рис. 1б). Різниця д.з.ч. хвиль розсіяних в одному напрямку двома променями визначається співвідношенням [2]:

, (2)

де - різницева частота, яка з причини,яка часто називається частотою модуляції, - вектор чутливості, модуль якого дорівнює:

, (3)

де , – показник заломлення середовища, - кут між променями.

Схеми в яких використовуються два зондуючі промені називаються диференціальними.

При враховуючи вирази (2), (3), а також позначень, наведених на рис. 1б, маємо:

. (4)

Формули (1) - (3) дають змогу отримати значення допплерівського зсуву. при відомій швидкості об'єкта і заданому напрямку падаючих і розсіяних променів. З них же можна знайти і величину проекції вектора швидкості на обраний напрям, який визначається векторами та при відомій величині .

Список використаної літератури.

1. Б.С. Ринкевичус, Лазерная анемометрия, М., «Энергия», 1978

2. Ю.Д. Дубнищев, Б.С.Ринкевичус, Методы лазерной доплеровской анемометрии, М., «Наука»

3. F. Durst, A. Melling, J.H. Whitelaw Principles and practice of laser-doppler anemometry, Academic Press, 1976