激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimetry, LDV)是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号,再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。由于是激光测量,对于流场没有干扰,测速范围宽,而且由于多普勒频率与速度是
线性关系,和该点的温度,压力没有关系,是目前世界上速度
测量精度最高的仪器。
LDV系统从功能上分为:光路部分、
信号处理部分。光路部分:采用He-Ni
激光器或Ar
离子激光器,是因为它们能够提供高功率的514.5nm,488nm,476.5nm三种波长的激光。新一代的LDA系统采用
固体激光器,大幅降低了对操作者使用经验的要求。带有频移装置的
分光器将激光分成等强度的两束,经过
单模保偏光纤和
光纤耦合器,将激光送到激光发射探头,调整激光在光腰部分聚焦在同一点,以保证最小的测量体积,这一点就是测量体即光学探头。接收探头将接受到的多普勒信号送到
光电倍增管转化为
电信号以及处理并发大,再至多普勒
信号分析仪分析处理后至计算机记录,配套系统软件可以进行数据处理工作。在流场中存在适当示踪粒子的情况下,可同时测出流动的三个方向速度,升级至PDA系统后甚至可以测量球形透明颗粒的粒子直径。FSA4000处理器可以处理高达175MHz的多普勒频率,加上40MHz的频移,可以处理1000m/s以上的流场,最高每秒可测量到的数据不少于150k个。而BSA F800处理器最高处理频率可达200MHz,每秒最高可获得
数据率更是可高达1M#/s。
随着
氩离子气体激光器的日暮西山,新一代窄
线宽单模
固体激光器被引入到
激光多普勒的应用当中。DopplerLite,FlowExplorer DPSS等LDA激光发射
光学系统被相继研发出来。新的DPSS激光器不仅提供了免调节的一体化LDA发射探头,并且仍然提供可靠的光纤发射探头。其中:
一体化LDA发射探头由于内置了激光器、布拉格单元等器件,取消了
光纤耦合器等可调节部件,因此大大降低了调节难度,无需任何光学耦合调节即可直接使用。但其缺点是由于内置激光器,因此探头对
使用环境的
温湿度要求、振动要求等相对较高;并且由于光电一体,探头也无法做到防尘防潮。
基于DPSS激光器的
光纤探头继承了传统光纤激光多普勒的所有优点:水密探头,对使用环境
洁净度无严苛要求;可以承受一定的振动;对环境的温度、湿度均有较高
适应能力,甚至可以配置探头内部气体吹扫系统。其缺点是当环境温湿度变化较大时,需
定期检查光纤耦合状况,防止光纤耦合效率下降。
2015年秋,随着BSA 600/800系列处理器的诞生,第三代BSA处理器正式发布。第二代BSA处理器从投产至今已有15年的历史,新一代BSA处理器,无论在时间基准、最高数据率、最高可处理多普勒频率、带宽、
渡越时间等核心指标,还是内存、
采样位数等辅助指标,均有20%-300%的提升。新的处理器在
电源管理、散热、稳定性方面均有大幅优化,几乎所有可以影响到最终
数据质量的方面都有所优化及提升。
新的BSA Flow软件配合全新的DPSS激光器及BSA 600/800型处理器,不仅可以提供激光功率调节、信号优化等功能,并且依然可以通过
实时信号示波器功能实现对数据质量的监测、通过
矢量图以及多种组合
三维图形获得直观的数据展示结果。