基于对水速度的LDV/SINS水平阻尼方法

针对当前捷联惯性导航系统外阻尼技术依赖对地绝对速度的问题,提出基于对水速度的激光多普勒测速仪(LDV)/捷联惯性导航系统(SINS)水平阻尼方法:利用激光多普勒测速仪输出的对水速度作为捷联惯性导航系统的外参考速度;并使用延迟状态卡尔曼滤波算法,以速度的变化量作为观测量,屏蔽外速度常值误差对系统的影响,提高导航的精度。半物理仿真结果表明,该方法能够实现捷联惯性导航系统误差的有效阻尼;相比于传统阻尼方法,使用该方法进行阻尼,位置导航精度可提高84.05%,速度导航精度可提高84.89%。

基于LDV的超高速循环水槽流场流速测量

循环水槽试验段流场的不均匀度和紊流度是衡量循环水槽流场品质的重要指标。为研究超高速闭式循环水槽试验段的流场品质,在8种来流速度下,采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter,LDV),通过建立流场测量点阵列对循环水槽试验段的3处流场截面进行轴向流速测量,并对其不均匀度和紊流度进行计算。试验结果表明:在8种来流速度下,试验段流场截面流速的不均匀度均小于1%;在8 m/s的试验段来流速度下,截面流场的紊流度均小于0.5%。试验测量结果满足循环水槽流场品质对不均匀度和紊流度的技术指标要求,可为超高速闭式循环水槽的试验研究和优化设计提供初步的测试数据支撑。

LDV/PIV全场速度测量的误差分析

针对激光多普勒测速和激光粒子图像速度场测量的实验结果误差 ,提出了一种基于不可压缩流连续性的全场综合误差分析方法 .通过对轴对称旋转流动全场实验测量结果的误差分析发现 ,其实际全场测速综合误差虽然都小于 4% 。

基于LDV技术的发动机缸内气体流态的试验研究

通过由He-Ne激光器组成的激光多普勒测速法（LDV）系统,对转速为600 r/min时单缸四冲程试验发动机气缸内工作气体进行速度测量及数据处理,分析其分布状态。试验结果表明：气缸工作时气体的瞬时速度、平均速度及变化强度是可以表述和测定的;曲轴转角为90°CA气缸中心和缸壁附近方向向下的值是其他向上部位的1.5倍;瞬时速度在曲轴转角30~60°CA的进气行程达到最大值;180°CA时形成进气侧向上的速度比排气侧向下的速度大2.5倍的回转旋流,上止点以下10 mm的区域进气行程比压缩行程大1.6倍。

机匣视窗折射对LDV聚焦的影响分析

为了分析激光束经过机匣视窗后聚焦状态的变化情况,发展了一套通用程序,可用于计算不同的测量条件下,激光束穿过不同尺寸机匣视窗时的折射情况,并对其结果的可信性进行了验证.利用所发展的程序,以二维LDV探头为例,分析了典型情况下蓝光、绿光焦点偏移情况,以及蓝光与绿光焦点之间偏移量的变化情况,并给出了确定焦点重合的计算准则.计算结果表明:如果不进行特殊的光学修正,LDV测量时必须要选取小的探头角度和浅的测点深度.

LDV实验测量气冷环形涡轮叶栅内部流场

采用LDV对气冷环形涡轮叶栅流场三维平均速度进行实验测量,研究孔射流对环形涡轮叶栅流场的影响。实验结果表明,由于孔射流的影响,在孔下游靠近叶片表面处形成回流区,回流区速度随着下游距离的增加逐渐减弱,同时射流在与主流的掺混过程中产生反向涡对。在涡轮叶片的吸力面和压力面,由于壁面曲率、来流附面层状态和压力梯度的差异,射流与主流的掺混以及流场结构也有所不同。在压力面侧,射流与主流掺混形成的反向涡对比较明显,射流尾迹的影响范围也较吸力面大。

LDV在静态混合器流场测量中的误差放大现象

LDV在静态混合器流场测量中,测得速度由非正交坐标系向三维笛卡尔坐标系变换时将引起测量原始误差被放大。结合误差传递的原理对该现象进行了理论上的研究,并通过实验测量和数值模拟对研究结论进行了验证。结果表明:LDV在测量中的速度方向转换能引起测量原始误差在某方向速度值中被放大;放大倍数与用来测速的两束光之间夹角有很大关系,当夹角较小时,原始误差会被放大十几倍甚至几十倍,且夹角越小,放大倍数越大。

旋转变径圆管内螺旋流的LDV流速测量

针对旋转变径圆管内螺旋流场激光多普勒测速(laser Doppler velocimetry,LDV)存在的窗口振动、光束难聚焦与旋转多普勒效应等问题,设计了同轴双带驱动LDV实验装置。采用折射率匹配和光路计算相结合的方法,实现了其速度场的二维LDV测量,得到了不同壁面旋转率下变径圆管内螺旋流的切向、轴向速度分布。实验结果表明:旋转与螺旋流同向时,切向速度明显增加,最大切向速度随旋转率的增加率约为10%/N,最大切向速度点向边壁移动;当旋转率与螺旋流自身旋转率接近时,外涡流区几乎消失;旋转与螺旋流反向时,切向速度随之减小,最大切向速度随旋转率的减小率约为8%/N,最大切向速度点向轴心移动;不论壁面正反旋转,近壁区轴向速度都产生了层流化的趋势。

半导体激光器非对称结构对LDV探测器输出的影响

为了优化以半导体激光器为光源的激光多普勒测速仪(LDV)的光路,基于半导体激光器的非对称结构,建立了参考光为像散椭圆高斯分布,信号光为圆形艾里分布的相干探测模型,理论分析了椭圆率、像散等参数对外差干涉效率和探测器接收的参考光功率的影响。结果表明,外差干涉效率和参考光功率均随椭圆率的增加而减少,并且外差干涉效率随像散的增加进一步降低,因此,半导体激光器的非对称结构会导致探测器输出减小,破坏系统信噪。在此基础上提出了双柱透镜系统对光束进行整形以降低半导体激光器的非对称结构对探测器输出的不利影响。

两种LDV信号处理器的实验比较

本文介绍了 IFA550型智能化 LDV 信号处理器的基本原理、工作特点以及它与计数型信号处理器的实验比较。IFA550型信号处理器具有以下突出的优点:(1)它只有“好”的测量结果或者根本没有测量结果,而不像计数器那样测量结果还取决于操作人员的技术水平和对流体力学原理的了解程度。(2)信号振幅的动态范围比计数器大很多,因而具有较高的数据率。(3)属于智能化自动化操作型仪器,操作十分简单方便,使用效率高。在与计数型处理器实验比较的基础上提出了利用计数器对 LDV 信号进行有效测量的判据,以便引起同行们作更深的探讨。

LDV在耳科学研究中的应用

激光多普勒测振仪在耳科学研究中用于对鼓膜、听骨链、鼓岬、基底膜等振动特性进行非接触式的精准测量,其结果能够反映各部分的动力学特性及声音信号在外周听觉系统中的传播特征。在研究不同病理状态对听觉系统的影响机制、听觉重建术以及术中进行听力康复预测等方面具有重要意义。

涡流管流动结构及能量分离性能LDV实验研究

设计了直径为30 mm的可组装式透明涡流管以实现主流道可视化,并采用二维激光多普勒测速(LDV)技术得到子午面时均流场.研究了不同冷流比(0.1~0.9)、主流道长度(360、600、900和1 200 mm)、入口压力(0.01、0.02 MPa)下的轴向速度和径向速度分布,特别是折返流边界对能量分离性能的影响.LDV结果表明,时均轴向速度分布具有较好的轴对称性,不同压力下流动结构具有相似性,径向速度远小于轴向速度.增加冷流比会导致折返流边界径向膨胀,揭示了在过短管和过长管中两种能量分离恶化机制--过短管中折返流面过厚,过长管中轴向滞止点向冷端靠拢.该结果验证了以往所提出的优化准则,同时可以说明滞止点并不是涡流管中的一种基本流动结构.

双路偏振结构的激光多普勒测速系统

为了消除光束倾角带来的不确定性,本文建立了一种双路偏振式激光多普勒测速系统。该系统使用双光束双探头结构来探测物体的运动信息。首先,通过转动实验精确获得双光束间的夹角大小,对于任意光束倾角,本文采用双探头装置收集运动物体表面的散射光束,结合双路偏振式光路结构,得到两路干涉信号的多普勒频移。然后,创新性采用了细化分帧算法对两路干涉信号进行实时解调,通过两路速度分量的合成得到物体真实速度。实验结果表明:速度在10 mm/min~1500 mm/min范围内,测量值与理论值之间的平均误差可以达到1%~5%。在非平稳运动过程中,通过细化分帧算法修正后的v-t图像RMSE均值为1.19 mm/min。该系统结构满足速度测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示,并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。

近十年来流动测量技术的新发展

流动是一种跨行业、跨部门、跨学科的现象.现代空气动力学、流体力学、热力学、水力学以及航空航天工程、水利水电工程、热能工程、流体机械工程都提出了一系列复杂流动问题,其中包括高速流、低速流、管道流、燃烧流、冲击流、振荡流、涡流、湍流、旋转流、多相流等等.这些流动都需要人们提供新的测量方法和新的量测仪器,使之能够适应单点向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相方向发展.这就促使人们不断利用新技术,发展新原理,采用新结构和新工艺,以改善仪器性能,增强讯号处理能力,提高仪器的测量精度,同时简化操作技术,使之便于推广应用.近10年来,伴随着光纤技术、芯片技术、激光技术、数字信号处理技术,图形、图像处理技术以及计算机技术的日益成熟和完善,流速测量技术也随之得到了新的发展.木文就这些发展作一扼要介绍.

扩展光束型激光多普勒速度测量系统

为了获得高速弹丸在出膛后的瞬时速度以及在不同位置时的速度分布,提出了一种基于扩展光束的激光多普勒测速系统。该系统对出射的激光束进行两次扩展,使扩展后的相干光束在空间某一位置相交来形成具有一定延展范围的探测体。该方法有效避免了经典双光束多普勒测速系统由于探测体积小而导致的物体偏离探测区域的情况,因此,在实际测量弹丸速度的过程中能够解决传统多普勒系统因弹道偏差而导致的无法测速的问题。该系统也可以采用并联方式来监测弹丸在弹道不同位置上的速度分布。通过实验对激光束进行了不同尺度的径向扩束,并在此基础上获得了不同散射面积下的多普勒信号。分析结果显示:在速度为10～25m/s时,测量值与实际值的平均误差可以达到1%～2%,表明这种测量方法是有效且可行的。

发动机缸头冷却水流场试验研究

为了寻求发动机气缸头冷却水合理的流场分布 ,避免出现流动死区 ,使发动机在一定的冷却水流量下保证气缸头足够的冷却 .配合耐久性试验 ,采用激光多普勒测速仪 ( LDV)对发动机气缸头冷却水流场进行了测量 ,得到了冷却水在平行于缸头与缸体接合面的二维流场 .讨论了不同截面的流场分布规律 .结果表明 ,发动机缸头冷却水流场分布是合理的 。

离心风机叶片扩压器内部流场的试验研究

利用激光多普勒测速仪 (LDV)测量了离心风机叶片扩压器的内部流场。试验中 ,分别在大流量和小流量两个工况下对离心风机叶片扩压器的内部流场进行了详细的测量 ,由测量结果分析了叶片扩压器流道中前侧板侧、中间和后侧板侧三个回转面上气流速度的矢量分布和等值线分布 ,以及气流从扩压器的叶片凹面到凸面、从扩压器的进口到出口的流动特性。结果表明在扩压器喉部附近靠近扩压器凹面的局部区域 ,速度的方向会向叶片凸面发生较大角度的偏转 ;随着流量的增大 ,该区域将会向叶片扩压器的下游及流道宽度方向发展。

激光多普勒测速仪在化学工程中的应用

化工研究中经常要涉及到流体,需要对流体的流速进行测量。激光多普勒测速仪作为一种非接触式测量手段,具有精度高、重复性好、动态响应快、测量范围宽等优点,因而在流场、湍流、传质、传热、流型、燃烧等方面获得了越来越广泛的应用。本文综述了激光多普勒测速仪在化工研究领域作为一种新测量手段获得的应用。

液液分离水力旋流器流场激光测试研究

在不同流量和分流比的多个工况下应用LDV/APV可适性激光多普勒测速仪,对35mm液液分离水力旋流器模型各锥段的不同截面进行了流场测量。实验结果表明,由于旋流介质的切向冲刷作用,大锥管段的测试效果比较好;随流量或分流比的增大,旋流分离能力均增强,旋流器中心的空气芯增粗;越往尾管段,空气芯脉动逐渐增强;在每条测量半径上,空气芯边缘和旋流器器壁附近,湍流度较大,半径中央区域内分布平缓。