Бойко В.М. Поплавский С.В. Нестеров А.Ю.
Лазерный доплеровский анемометр на базе интерферометра Физо
Докладчик: Бойко В.М.
При измерении скорости потоков представляют интерес методы лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА), обладающие рядом преимуществ по сравнению с пневмонасадками, термоанемометрами и т. д., а в многофазных средах они обычно единственные работоспособны. Наиболее отработанной и доведенной до коммерческого продукта является так называемая "дифференциальная" схема гетеродинного ЛДА, но при исследовании высокоскоростных (> 300м/с) потоков, применение гетеродинных ЛДА вызывает трудности. В этих условиях перспективней ЛДА, измеряющие доплеровский сдвиг частоты с помощью спектральных приборов высокой разрешающей силы. В отличие от гетеродинных методов прямой спектральный анализ не имеет ограничений максимальной измеряемой скорости, а нижний предел определяется разрешением спектрального прибора. Таким образом, в задачах с высокоскоростными многофазными потоками предпочтительней методы ЛДА с прямым спектральным анализом. Возврат к этим методам, разработанным в 70 - 90 годы ХХ века, представляется актуальным, а прогресс в лазерной технике, цифровой регистрации спектров и компьютерной обработке данных позволяют реализовать их на новом техническом уровне.
В настоящей работе представлены результаты реализации и тестирования двух типов ЛДА с прямым спектральным анализом: на базе интерферометра Фабри-Перо (ИФП) и на базе интерферометра Физо. Приведен сравнительный анализ спектральных характеристик интерферометров, показано, что при одинаковых условиях аппаратная функция ИФП более узкая, следовательно, разрешающая сила выше. Поэтому при одноканальной регистрации опорного сигнала и сдвинутого по частоте рассеянного сигнала ЛДА интерферометр Фабри-Перо предпочтительней. В двухканальной схеме с пространственным разделением опорного и рассеянного сигналов преимущество имеет схема с интерферометром Физо. Его интерференционная картина позволяет значительно упростить обработку данных и повысить точность измерения доплеровского сдвига частоты.
Представлены примеры реализации ЛДА на современной элементной базе, приведены результаты разработки и тестирования ЛДА с эталоном Физо. Схема создана на базе серийного измерителя длины волны Angstrom WS-7 (High Precision Wavelength Meters: WS HighFinesse Angstrom Series) производства фирмы «Angstrom» (Россия).
К списку докладов