Laser Doppler Anemometry Instituto Superior Técnico Pedro Jorge Mendes Novembro 2003.
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Laser Doppler Anemometry
Instituto Superior Técnico
Pedro Jorge MendesNovembro 2003
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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.
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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
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Fonte de Luz
Direccional Coerente Monocromática Polarizada
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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
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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)
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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
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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
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Volume de Controlo eCélula Bragg
Em DANTEC webpage
Em DANTEC webpage
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Partículas Traçadoras
Fundamentais Devem acompanhar o escoamento ↑ do diâmetro ⇒ ↑ intensidade do
sinal Não devem tornar o meio opaco
impedindo a passagem da luz
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Receptor
Receiving opticswith detector
Transmittingoptics
Receiving optics
with DetectorLaser
Braggcell
Detector
Forward e side scatteredBack scattered
Em DANTEC webpage
Em DANTED Webpage
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Receptor
Fotomultiplicadores: mais sensíveis, emissão de electrões, excitados pelos fotões
Fotodiodos: mais resistentes, inversão da sentido da corrente devido à luz incidente
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Processador de Sinal Correlators Frequency trackers Counters Spectrum analyzers
PrecisãoGama de frequências
Capacidade para distinguir os sinais do ruídoResolução temporal
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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
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Aplicações Escoamentos laminares e turbulentos Estudos aerodinâmicos Escoamentos Supersónicos Automóveis, turbinas etc. Medidas de vibrações Ambientes quentes Velocidade de partículas ...etc.
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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
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Exemplo Aparelho em vidro
Duran, IR=1,47 Diâmetros pequenos Alterações de
curvatura
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Exemplo
X
Y
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
-40
-30
-20
-10
0
10
20
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