激光多谱勒流速仪（LDV）测量参数影响实验研究

摘要

水流运动特性的研究一方面是理论分析推导，另一方面则是借助测量技术实际测量。而理论的推导也需要实际测量的结果加以验证，因而测量技术的发展对于推动水科学进展有重要的作用。 本文在总结对比当前常用流速仪的优缺点的基础上，着重介绍了激光多谱勒流速仪的测量原理、系统结构以及它的使用，提出了测量准确度可以依赖数据率来进行判定，并利用TSI公司生产的LDV测量系统通过实验方法对测量模式选择中的参数及信号转换参数进行了实验对比研究，得到了系统最优化参数设置；通过不同测量模式对测量结果的影响研究，认为在低数据率条件下利用同步模式结合等时间间隔模式测量效果更好。 本文还着重对LDV测量环境参数进行对比实验研究：对比不同颗粒粒径范围下激光多谱勒测量数据率变化，当LDV测量系统在示踪颗粒粒径大于0.4mm条件下测量误差难以满足测量要求；不同示踪颗粒浓度范围对比测量表明，LDV系统只适合应用于低浓度含沙水流流速测量，据此，给出了不同测量深度条件下系统可应用的示踪颗粒浓度范围。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2流速测试手段对比

1.2.1毕托管

1.2.2微型旋桨流速仪

1.2.3热线热膜流速仪

1.2.4超声波流速仪

1.2.5粒子图像测速技术

1.2.6激光多谱勒流速仪

1.2.7流速仪对比

1.3 LDV参数及应用研究现状

1.3.1 LDV系统散射颗粒信号区分技术

1.3.2利用LDV信号测量粒子大小

1.3.3利用LDV系统测量粒子浓度

1.3.4流速测量影响研究

1.3.5功率频谱分析方法研究

1.3.6示踪粒子研究

1.3.7参数研究

1.4本文主要研究内容及技术路线

第二章激光多谱勒流速仪系统及测量精度评价体系

2.1 LDV测量原理及系统结构

2.1.1 LDV测量原理

2.1.2 LDV系统结构及其作用

2.2测量影响因素分析

2.2.1硬件系统误差

2.2.2光路布置对测量影响

2.2.3信号采集处理影响

2.2.4测量环境影响

2.3数据率判别标准

2.4本章小结

第三章LDV系统参数最优化实验研究

3.1 LDV系统参数

3.1.1信号转化参数

3.1.2采集模式参数

3.2试验装置

3.2.1循环输沙水槽

3.2.2变坡水槽

3.3循环水槽流场稳定性验证

3.4实验设计

3.4.1信号转化参数实验设计

3.4.2采集模式中参数实验设计

3.4.3测量模式对比实验设计

3.5信号转化参数实验结果及分析

3.5.1光电转换电压影响

3.5.2基座触发电压影响

3.5.3信噪比影响

3.5.4信号转换参数实验总结

3.6模式参数实验结果及分析

3.6.1同步窗口时间影响

3.6.2时间同步比尺影响

3.6.3等时间间隔采样时间设定影响

3.6.4时间权重法对比

3.7不同测量模式对比结果及分析

3.7.1同步与非同步对比实验结果

3.7.2多种测量模式对比实验结果

3.8 LDV测量系统优化参数验证

3.8.1流速验证

3.8.2摩阻流速

3.8.3脉动强度验证

3.9本章小结

第四章示踪颗粒粒径及浓度影响试验研究

4.1实验概况

4.2试验装置及设备

4.2.1磁力搅拌器及搅拌槽

4.2.2分样筛

4.2.3浓度采样装置

4.2.4 LDV系统参数

4.3散射颗粒

4.3.1实验沙比重

4.3.2颗粒起动确定

4.4颗粒浓度分布实验

4.4.1实验目的

4.4.2实验设计

4.4.3实验结果

4.4.4实验分析

4.5示踪玻璃球粒子浓度选择

4.5.1实验目的

4.5.2实验设计

4.5.3实验结果

4.6示踪颗粒粒径对LDV测量影响研究

4.6.1实验设计

4.6.2实验结果

4.6.3实验分析

4.7示踪颗粒浓度对LDV测量影响研究

4.7.1实验设计

4.7.2实验结果

4.7.3实验分析

4.8本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

附录

致谢