Учебное пособие Нижний Новгород 2015 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное

Лазерные анемометры

Лазерные доплеровские анемометры используют рассеивание лазерного излучения частицами, помещаемыми в воздушный поток. Принципиальная схема рассеяния лазерного излучения движущейся частицей приведена на рис. 7.12 [40]. Источник света испускает волну с круговой частотой w_i и волно- вым вектором k_i. Свет падает на движущуюся со скоростью v_ч частицу и рас- сеивается во все стороны. Рассеянная волна имеет волновой вектор k_s и частоту w_s, которая воспринимается приемником.

Скорость движения частиц определяется в зависимости от сдвига частоты рассеянной волны w_D, обусловленного эффектом Доплера, из равенства

w_D  w_s

• 
  w_i
  

 ^2n (cos
_ s

• 
  cos_i
  

)v_ч
, (7.22)

где n – показатель преломления среды, окружающей частицу; λ – длина волны в вакууме падающего излучения, м; θ_i, θ_s – углы между направлением распро- странения падающей волны и скоростью частицы и между направлением рас- сеивания и скоростью частицы соответственно, град.

Принципиальная схема простейшего лазерного доплеровского анемомет- ра приведена на рис. 7.13 [15]. Излучение лазера попадает на полупрозрачное зеркало и делится на два пучка. Первый пучок, пройдя через зеркало, направля- ется в исследуемый поток, где, рассеявшись, собирается линзой и направляется на фотоприемник. В фотоприемник также попадает второй пучок, который прошел через ультразвуковой модулятор и систему линз. Результаты измерения доплеровского сдвига частоты w_D и вычисления скорости движения частицы v_ч выводятся на монитор электронного блока.
Доплеровские лазерные анемометры широко применяют в технологиче- ских, гидрометеорологических и медицинских исследованиях.
Внешний вид, область применения и основные технические характери- стики некоторых современных доплеровских анемометров отечественного про- изводства (ОАО «Институт оптико-электронных информационных техноло- гий») приведены в табл. 7.1 [18].

Рис. 7.12. Схема рассеяния лазерного излучения движущейся частицы: 1 – источник излучения; 2 – исследуемая частица; 3 – неподвижный приемник

Рис. 7.13. Принципиальная схема лазерного доплеровского анемометра: 1 – источник излучения; 2, 4, 5, 8 – зеркала; 3 – брэгговский ультразвуковой модулятор; 6 – исследуемый поток; 7 – собирающая линза; 9 – фотоприемник; 10 – электронный блок

167
Таблица 7.1
Внешний вид и технические характеристики современных лазерных допплеровских анемометров
(ОАО «Институт оптико-электронных информационных технологий»)

Внешний вид	Наименование, область применения и основные технические характеристики
1	2