Свойства сигнала ЛДА

Если часть света, рассеянногo некоторой частицей при пересечении ею интерференционного поля, попадает в блок приёмной оптики и далее на фотоприёмник, то на выходе фотоприёмника появляется импульс фототока, промодулированный частотой ω_д (см. рис. 4).

Длительность импульса Т определяется временем нахождения частицы в измерительном объеме - области пересечения зондирующих пучков: Т=L/U, где L-размер этой области в направлении движения частицы (см. рис.2), U -скорость частицы. Глубина модуляции определяется видностью интерференционной картины (4). Очевидно, что энергетический спектр этот импульса (рис. 5) содержит низкочастатную составляющую, а также собственно доплеровскую составляющую, сдвинутую относительно нулевой частоты на или (в зависимости от направления скорости U частицы). Низкочастотная составляющая спектра обусловлена как постоянной составляющей сигнала с фотоприемника, так и фликкер-шумом источника излучения и фотоприемника. Ширина доплеровской составляющей спектра , аследовательно, и неопределённость в нахожденин частоты и проекции скорости тем больше, чем меньше измерительный объём, т.е. чем выше локальность измерения. Если интерференционное поле пересекает поток случайно расположенных частиц, как например, в случае рассеяния на вращающемся матовом диске, то сигнал на выходе фотоприёмника представляет собой суперпозицию радиоимпульсов, имеющих разную амплитуду, длительность и начальную фазу. Если учесть, что рассеивающие свойства частиц также могут силъно отличаться, то нетрудно представить себе, как выглядит реальный сигнал (см. рис. 6) и его выборочный спектр (см. рис. 7).

Рис. 4. Импульс фототока от одной частицы

Рис. 5. Энергетический спектр импульса фототока от одной частицы

Рис. 6. Пример реализации реального сигнала ЛДА

Рис. 7. Выборочный спектр реального сигнала.

Для того чтобы из такого квазистохастического сигнала извлечь информацию о скорости движения исследуемогo объекта, разработаны различные методы его обработки. Самым простым из них является измерение несущей частоты сигнала с помощью частотомера. Спектральный анализ позволяет более точно выделить доплеровскую составляющую в энергетическом спектре сигнала с фотоприемника. Чтобы повысить точность этих измерений, обычно, предварительно пропускают сигнал через полосовой фильтр, отрезая низкочастотную компоненту с фликкер-шумом и высокочастотные шумы. Существуют и более сложные специальные методы, осуществляющие, например, аналоговую иди цифровую демодуляцию сигнала. В этом случае говорят о применении специализированных процессоров доплеровского сигнала.

Другой альтернативой является применение для обработки сигнала универсальной ЭВМ с ислользованием современных алгоритмов, например, быстрое преобразования Фурье (БПФ) и метода периодограмм. Использование ЭВМ существенно расширяет возможности проведения экспериментов с помощью ЛДА. Заметим, однако, что этот метод используется, как правило, лишь в случае измерения сравнительно невысоких скоростей.

ЛИТЕРАТУРА

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

Перспектива-создание лазерного анемометра на твердотельном лазере

Дата добавления: 2015-06-27