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第六章激光相位多普勒粒子分析仪-西北工业大学
燃烧诊断学
第七讲
激光相位多普勒粒子分析仪
PDPA :Phase Doppler Particle Analyzer
刘佩进
西北工业大学 航天学院
一、功能
二、系统组成
三、测量原理
四、光路布置
五、测试实例
六、问题
一、激光多普勒测速的功能
火箭发动机燃烧和两相流动:
(1)潜入喷管背壁复杂的旋涡流动
(2 )后向台阶导致的涡脱落
(2 )凝相粒子的粒度和速度特性
LDV非接触测量且无须标定,可同时测量3个正交速度分量,具有宽
的速度测量范围。在湍流、分离流、非稳态流、等离子体和火焰等方面得
到广泛应用。
PDPA是LDV的扩展,利用运动微粒散射光的多普勒频移测量速度,
利用不同接收方向上散射光的相位差测量粒子尺寸,测速精度为1%。
通过示踪粒子的速度反应气相流场。
二、激光多普勒测速的系统组成
• 激光发生器
• 冷却系统
• 光纤驱动器
• 光纤
• 发射器
• 接收器
• 光电倍增管
• 分析仪
• DSA软件
工作过程简述 首先,由激光器产生
一束相干光源,这束光经准直
器校直后,垂直进入布喇格盒
中进一步被分为三色六束光,
同色的两束单色光分别被频移
为0MHz和40MHz后,聚焦于测量
区域中。在焦点处示踪粒子接
收入射光并向四周散射。接收
器接收部分散射光并通过全反
射光纤把光信号传递给光电倍
增管PMT,PMT完成由光信号转
换为电信号任务。电信号经过
信号处理器DSP,经过过滤、放
大等处理,由计算机输出所需
的流动参数。
激光发生器
氩离子激光发生器是利用氩离子受激发光的器件,能产生多种
谱线的激光,波长范围主要分布在蓝光和绿光区域,输出激光的功率为
0~5W。绿光的最大输出为2W,蓝光为1.5W,紫光为0.45W。氩离子激光
发生器是大电流器件,放电电流为数十安培,因而电源及放电管发热厉
害,工作时必须通水冷却。
冷却系统
冷却方式:
氩离子激光器输出与输入功率的比值一般仅为0.02%~0.04%,于
是用这种激光器工作时可产生高达13~55KW的余热,为此需要冷却。直
接用空气冷却的界限是激光器最大输出功率为500mW,相应的热耗散约为
3.5KW。激光器输出功率大于500mW时,最有效的冷却手段是用水。
水流参数:
1)水压过高或流量过大,会使激光器头部振动,导致输出激光束的振动
噪声、频率波动和光束的方向变化。而流量变化过大则引起激光器头部
温度脉动,从而使激光器输出功率变化等。
2)使用高于最大硬度的水,可在等离子体管外壳形成沉积,最终影响激
光器的使
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