激光多普勒测速中平板窗口对测量体位置及形态的影响

摘要

应用激光多普勒测速仪(Laser Doppler anemometer,LDA)进行内流场测试时,激光光束光轴垂直和倾斜经过平板窗口后,由于折射效应导致LDA系统测量体位置和形态发生改变,进而影响所测速度大小和方向。为了研究折射效应对测量体位置和速度方向的影响,建立激光光路经平板窗口折射的数学模型,应用此模型进行不同工况(光束入射角θ、光束半夹角α1、内流场介质折射率n3、平板厚度d和LDA探头位置)下的理论研究;为了研究折射效应对测量体形态(即条纹畸变)的影响,建立LDA标定试验系统,进行不同光束入射角试验研究。研究结果表明,控制θ在10°以内可以忽略其折射效应影响;α1对于测量体位置偏差影响较小,但对于速度偏角有一定的影响,并且α1在5°以内时可以忽略其影响;使壁面两侧折射率尽可能的接近,会减小折射效应;沿测量体长度方向,折射后的测量体条纹间距线性增加,并随着θ的增加,条纹间距趋于均匀化。