第六章激光相位多普勒粒子分析仪-西北工业大学.pdf

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