Anemometr laserowy

1. Wprowadzenie

Na wyposażeniu Wydziałowego Zakładu Maszyn Przepływowych znajduje się anemometr laserowy typu 60X, wyprodukowany przez firmę DANTEC. Jest to nowoczesne urządzenie, umożliwiające pomiar prędkości miejscowych w płynie oraz określenie intensywności turbulencji przepływu. W obecnej konfiguracji ma możliwość pomiaru dwóch składowych prędkości. Dodatkowe wyposażenie w postaci układu pozycjonowania głowicy pomiarowej, umożliwia zautomatyzowanie pomiaru oraz precyzyjne skanowanie mierzonych przekrojów przepływowych.

2. Zasada działana

Zasada działania jednokanałowego anemometru laserowego przedstawiono na rys. 1. Pojedynczy promień lasera, przechodząc przez komorę Bragga zostaje rozdzielony na dwa niezależne promienie, które poprzez światłowody zostają doprowadzone do głowicy pomiarowej, a następnie - dzięki układowi soczewek - skupione w jednym punkcie. Promienie w miejscu przecięcia interferują ze sobą, generując prążki interferencyjne. Obszar występowania prążków jest przestrzenią pomiarową. Jeśli jakaś cząsteczka znajdująca się w płynie przemieści się przez obszar pomiarowy wywoła - dzięki efektowi Dopplera - zmianę częstotliwości fali świetlnej jaką jest promień lasera. Częstotliwość dopplerowska jest rejstrowana przez fotodedektor umieszczony w głowicy pomiarowej. Następnie zmierzony sygnał przesyłany jest do fotowzmacniacza gdzie jest wzmacniany,i zamieniany na sygnał elektryczny i przesyłany do do analizatora. Analizator dokonuje obróbki danych pomiarowych i dzięki współpracy z komputerem, użytkownik może obserwować wynik pomaru na ekranie komputera.

Omawiana technika posiada wiele zalet, do których można zaliczyć:

bezkontaktowy pomiar, nie deformujący pola prędkości obecnością czujnika,

możliwość pomiaru w środowiskach agresywnych chemicznie,

niewrażliwość na zmiany temperatury,

brak konieczności wzorcowania przyrządu.

Anemometria Dopplerowska ma również swoje wady. Do najistotniejszych można zaliczyć:

w badanej cieczy muszą występować cząsteczki stałe rozpraszające promień lasera; zazwyczaj wystarczają zanieczyszczenia naturalne, lecz w przypadku cieczy bardzo czystych, należy wprowadzić je sztucznie, obiekt badań musi być wyposażony w wzierniki umożliwiające wprowadzenie promieni lasera w badany przepływ,

w przypadku anemometrów starszych typów, które musiały być montowane w bezpośrednim otoczeniu badanego obiektu, istniały określone trudności w pomiarze (w układach z wiązką odniesienia fotodetektor musiał być ustawiony w położeniu ściśle współosiowym z wiązką odniesienia), opracowaniu wyników i ich interpretacji, związane z niestabilnością podłoża, drganiami, dotarciem promieni lasera do punktu pomiaru itp.

3. Obszary zastosowań

Anemometria laserowa znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu i nauki z których można wymienić:

Pomiary prędkości w tunelach areodynamicznych - przemysł motoryzacyjny i lotniczy.

Badanie procesów spalania - przemysł energetyczny i samochodowy.

Pomiary prędkości w basenach modelowych - przemysł okrętowy.

Pomiary prędkości w elementach maszyn przepływowych (zaróno wirujących jak i stałych).

4. Dane techniczne

Posiadany anemometr typu 60X charakteryzuje się następującymi parametrami technicznymi:

Parametr	Symbol	Jednostka	Wartość
Moc lasera	P	mW	300
Ogniskowa soczewki	f	mm	160
Separacja promieni	D	mm	38
Rozmiar przestrzeni pomiarowej		mm x mm	0.64 x 76
Długość fali - kanał I	l	nm	514.5
Długość fali - kanał II	l	nm	488
Liczba prążków interferencyjnych	N		36
Odległość pomiędzy prążkami	d	mm	2.12

Opowiadał Janusz Skrzypacz