Ćwiczenie 11

Wyznaczanie prędkości przepływu cząstek metodą dopplerowskiej anemometrii laserowej

Pobierz instrukcję

Zagadnienia do opracowania.

  1. Dopplerowska anemometria laserowa LDA (model dopplerowski, model prążkowy):
    1. zasada LDA;
    2. jedno i wielokanałowe systemy LDA;
    3. obszary zastosowań LDA, zalety i wady.
  2. Fale elektromagnetyczne i ich opis.
  3. Zjawiska związane z falową naturą światła:
    1. dyfrakcja;
    2. interferencja;
    3. dudnienia;
    4. prążki moiré;
    5. efekt Dopplera.
  4. Rozpraszanie światła przez cząstki (Mie scattering).
  5. Mechanika płynów:
    1. przepływ laminarny, turbulentny;
    2. liczba Reynoldsa.
  6. Przetwarzanie i analiza sygnałów:
    1. analiza widmowa sygnałów:
      • transformata Fouriera;
      • dyskretna transformata Fouriera;
      • widmowa gęstość mocy;
      • szybka transformata Fouriera (FFT).
    2. przetwarzanie analogowo-cyfrowe:
      • próbkowanie;
      • twierdzenie Shanona–Kotielnikowa;
      • aliasing (maskowanie);
      • filtry górnoprzepustowe i dolnoprzepustowe;
      • kondycjonowanie sygnału.
  7. Bieg promieni przez układy zwierciadeł i soczewek.
  8. Budowa i zasada działania lasera He-Ne.

Zestaw przyrządów.

  1. Płyta główna (podstawa).
  2. Laser He-Ne, λ=632.8 nm, 5mW.
  3. Zasilacz i kontroler do lasera.
  4. Wzmacniacz fotodetektora.
  5. Interfejs Cobra 3.
  6. Dwa zwierciadła płaskie.
  7. Dzielnik wiązki światła 50:50.
  8. Soczewki o ogniskowych: 20mm, 50mm, 100mm.
  9. Stolik z kuwetą pomiarową.
  10. Fotodetektor.
  11. Przesłona irysowa, przesłona o otworze kołowym 30 µm.
  12. Dwie butle 1000ml.
  13. Ekran.

Literatura.

  1. B. Ziętek – „Lasery”, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2009.
  2. B. Ziętek – „Optoelektronika”,Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2004.
  3. A. Dubik – „Zastosowania laserów”, WNT, 1991.
  4. F. Kaczmarek – „Wstęp do fizyki laserów”, WNT, 1978.
  5. S. Zator – „Laserowe przepływomierze dopplerowskie”, Politechnika Opolska, 2007.
  6. J. Izydorczyk, G. Plonka, G.Tyma – „Teoria Sygnałów. Wstęp”, Helion.
  7. J. Szabatin – „Podstawy teorii Sygnałów”, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2000.
  8. J.M. Wojciechowski – „Sygnały i systemy”, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2008.
  9. F.C. Crawford – „Fale”,PWN, Warszawa 1975.
  10. B. Jaworski, A. Dietłaf – „Kurs fizyki”, Tom 3, PWN, Warszawa 1971.
  11. H. Szydłowski – „Pracownia fizyczna”, PWN, Warszawa 1980.
  12. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker – „Podstawy fizyki”,Tom 2, PWN, 2005.
  13. R.Gryboś – „Podstawy mechaniki płynów”, Część 2, PWN, 1998.
  14. J.Bukowski – „Kurs mechaniki płynów”, PWN, 1980.
  15. J. W. Elsner – „Turbulencja przepływów”, PWN, 1987.
  16. Z. Kosma – „Podstawy mechaniki płynów”, Wydawnictwo Politechnika Radomska, 2007.
  17. Strony internetowe, np.: Dantec Dynamics – firma zajmująca się kompleksowymi rozwiązaniami w zakresie techniki pomiarów przepływów.
  18. L.E. Drain – “The Laser Doppler Technique”, John Wiley and Sons, 1980.
  19. F. Durst, M. Zare – “Laser Doppler Measurements in Two-Phase Flows”,LDA-Symposium, Copenhagen, 1975, p. 403-429.
  20. Y. Yeh, H.Z. Cummings–“Localized Fluid Flow Measurements with an He-Ne Laser Spectrometer”, Appl. Phys. Lett. 4, 176, 1964.
  21. J. F. Douglas – “Fluid Mechanics”, Harlow, Longman, 1996.
  22. F. Durst, A. Melling, J. Whitelaw – “Principlesand Practices of Laser Doppler Anemometry”, Academic Press, 1981.
  23. P.W. Milonni, J.H. Eberly – “Lasers”, John Wiley and Sons, 1988.
  24. G.F. Lothion – “Optics and its Uses”, VNR, 1975.
  25. M. Tadeusiewicz – “Signals and Systems”, Technical University of Łódź, 2004.
  26. A. Reimann – “Physics”, Part1&2, Barnes and Noble, 1971.
  27. Sears and Zemansky’s –“University Physics with Modern Physics”, Pearson Addison-Wesley, 2008.
  28. PHYWE Handbook „Laboratory Experiments Physics”.