Laser Doppler Anemometry Instituto Superior Técnico Pedro Jorge Mendes Novembro 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 Volume de controle Emissor Ópticas de transmissão Escoamento Foto multiplicadores Processador de sinal Receptor Ópticas de recepção

Fonte de Luz Direccional Coerente Monocromática Polarizada

Separador de feixes e Célula de Bragg O primeiro separa o feixe original em 2 A segunda altera a frequência de 1 dos feixes Células electroscópicas gratings rotativas de difracção Laser Bragg cell 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)

Só mede a componente da velocidade perpendicular ao plano das franjas Volume de Controle Franjas claras e escuras Distância entre franjas conhecida t (measured) Signal Time Em DANTEC webpage Só mede na perpendicular ao plano das franjas Falar em 3D Só mede a componente da velocidade perpendicular ao plano das franjas Em DANTEC webpage

Volume de Controle F  DL Y Z X z x X Z f Em DANTEC webpage

Volume de Controlo e Célula 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

Forward e side scattered Receptor Laser Bragg cell Detector Receiving optics with detector Transmitting optics with Detector Forward e side scattered Back 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

Capacidade para distinguir os sinais do ruído Processador de Sinal Correlators Frequency trackers Counters Spectrum analyzers Precisão Gama de frequências Capacidade para distinguir os sinais do ruído Resolução 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