基于自相关方法的光声多普勒碳颗粒悬混液流速测量

目的:采用自相关方法测量直径为数十微米的碳颗粒悬混液的轴向流速。方法:采用基于连续独立A扫光声信号的自相关方法计算光声多普勒频移。光声信号由波长为532 nm、重复频率为20 Hz的脉冲激光激励,采用中心频率为5 MHz的超声换能器、低噪声前置放大器和示波器采集、存储光声信号。碳颗粒悬混液由微量注射泵驱动。时域光声信号由希尔伯特变换转变为复信号,然后由复光声信号的自相关计算多普勒频移,最后由若干独立A扫光声信号自相关的平均值得到光声多普勒频移。结果:该方法的可行性通过测量流速范围为5~60 mm/s的碳颗粒悬混液得到了初步验证,实验结果显示信号的自相关结果与速度预设值之间呈近似线性分布。结论:基于自相关方法测量光声多普勒碳颗粒悬混液流速可行,可以使用中心频率较高的超声换能器进一步提高频移测量的自相关结果和流速值之间的线性相关性。

基于光声多普勒频谱标准偏差的自相关碳颗粒横向流速测量

为了测量与超声探头信号接收轴线相垂直的碳颗粒悬混液的流速,采用多普勒频谱的标准偏差估计频带展宽,频谱标准偏差由自相关方法计算。光声信号由波长532 nm重复频率20 Hz的脉冲激光激励,由中心频率10 MHz的聚焦超声换能器采集。碳颗粒悬混液由微量注射泵驱动,时域光声信号经希尔伯特变换为复信号后进行自相关计算,多普勒频宽的标准偏差由若干序列A扫的自相关平均得到。对比之前基于序列A扫的互相关方法,所提出方法的优点是自相关中的信号时移大小可自定义,如时移量远小于信号扫描间隔,可避免信号混叠,避免互相关中对重复频率为数千赫兹脉冲激光的需求。该方法的可行性通过测量横向流速为5.0~8.4 mm/s的碳颗粒悬混液的频谱标准偏差得到初步验证,实验结果显示信号的自相关结果在测量范围内呈现线性分布趋势。