Planar_Doppler_velocimetry
平面ドップラー速度測定(PDV) は、ドップラー全球速度測定 (DGV) とも呼ばれ、流れに含まれる粒子によって散乱される光の周波数のドップラー シフトを測定することにより、平面上の流速を決定します。ドップラー シフト Δf dは流体速度に関係します。比較的小さな周波数シフト(1 GHz 程度) は、原子または分子蒸気フィルターを使用して識別されます。このアプローチは概念的には、現在フィルターレイリー散乱として知られているもの(Miles および Lempert、1990) に似ています。
コンテンツ
1 装置2 強み 3 弱点
4 参考文献
5 外部リンク
装置
これまで、典型的な 1 コンポーネント PDV 機器は、パルス注入シードNd:YAGレーザー、1 台または 2 台の科学グレード CCD カメラ、およびヨウ素分子フィルターを利用していました。レーザーは、狭いスペクトル線幅の光で流れの平面を照射するために使用されます。ドップラー シフトされた散乱光は、ビームスプリッターを使用して 2 つの経路に分割され、カメラに画像化されます。このようにして、ビーム経路の 1 つに配置されたヨウ素セルを通過する散乱光の絶対吸収が、物体面内のあらゆる空間位置で測定されます。比較的大きな粒子による散乱 (つまり、ミー散乱) の場合、この吸収は粒子速度のみの関数です。正確なキャリブレーションおよび画像マッピングのアルゴリズムが開発されており、その結果、~1 ～ 2 m/s の速度精度が可能になります。PDV の歴史、その応用技術、最近の進歩に関する詳細については、Elliott と Beutner (1999) および Samimy と Wernet （2000) による包括的なレビュー記事を参照して
強み
PDV は、粒子の播種に関する懸念により PIV が現実的ではない高速流量測定に適しています。PDV では粒子が光を散乱する必要がありますが、個々の粒子を画像化する必要がないため、はるかに小さなシード粒子の使用が可能になり、粒子シード密度に対する測定の感度が低くなります。たとえば、一部の非加熱超音速流施設では、水、アセトン、エタノールなどの蒸気の凝縮を利用して、流れ中にシード粒子を生成することが可能です。製品形成として知られるこの方法を使用して形成される粒子は、直径が約 50 マイクロメートルであると推定されています。
PIV とは異なり、PDV では流れ場の単一画像のみが必要です。この画像は、長時間にわたって (流れ内の特性とスケールを比較して) 撮影されて時間平均画像が生成されるか、または単一のレーザー パルス (約 10ns) を使用して瞬間流速の測定値が取得されます。単一のレーザー パルスの持続時間は、PIV 内で使用されるパルス間隔よりも少なくとも 1桁短いです。PDV のこの機能により、衝撃波などの急激な速度不連続の解像度が向上します。
さらに、PDV は本質的に PIV よりも解像度が高く (通常 16 x 16 ピクセルの小さな画像サブ領域を使用して速度を決定します)、フロー画像内のピクセルごとに速度測定値を取得できます。ただし、特に PDV を使用した瞬間測定の場合、レーザースペックルの悪影響を軽減し、信号対雑音比を改善するために、いくつかのピクセルビニングが使用されます。
弱点
PDV の主な弱点は、正確な測定を行うために必要な光学設定が複雑であることです。速度の各成分には 2 つの画像 (信号と基準) が必要であり、通常は 2 台のカメラが必要になります。したがって、速度の 3 つの成分すべてを取得するには、最大 6 台のカメラを同時に使用する必要がありますが、Charrettらによる最近の研究では、（2006) およびホークスら。（2004) は、必要なカメラの数を 6 台から 1 台に徐々に可能にしました。さらに、測定に使用されるレーザーは線幅が狭い必要があり、これは通常、レーザーキャビティの注入シーディングによって行われます。シードを使用する場合でも、レーザー周波数は時間とともに変動する可能性があるため、監視する必要がこれらにより、実験設定がさらに複雑になります。PDV システムは多くの研究室で使用されていますが、まだ市販されておらず、最初から構築すると非常に高価になる可能性があります (機器、データ処理、経験、労働力など)。
参考文献
Elliott， GS および Beutner， TJ、「分子フィルターに基づく平面ドップラー流速測定」、Progress in Aerospace Sciences、Vol. 35、799、1999。
McKenzie， RL、「パルスレーザーを使用した平面ドップラー速度測定の測定機能」、Applied Optics、Vol. 35、948、1996年。
Samimy， M.、Wernet， MP、「高速流における平面多成分流速測定のレビュー」、AIAA Journal、Vol. 38、553、2000。
Thurow， B.、Jiang， N.、Lempert， W.、および Samimy， M.、「超音速ジェットにおける MHz レート平面ドップラー速度測定」、AIAA Journal、Vol. 43、500、2005。
Hawkes， GS、Thorpe， SJ、および Ainsworth， RW、「3 成分ドップラー全球速度測定システムの開発」、第 17 回カスケードおよびターボマシンにおける遷音速および超音速流の測定技術シンポジウム議事録、ストックホルム、スウェーデン （ 2004 ) 。
Charrett， TOH、Ford， HD、Tatam， RP、「イメージングファイバーバンドルを使用した単一カメラ 3D 平面ドップラー速度測定」、Journal of Physics、Conference Series、Vol. 45 （2006) 193-200。
Eddie Irani および L. Scott Miller、「基本的なドップラー全球速度測定システムの評価」、SAE-951427、1995 年
外部リンク
クランフィールド大学エンジニアリングフォトニクスグループによる平面ドップラー流速測定
http://www.ae.uiuc.edu/~elliottg/frs/frs.htm
http://www.metrolaserinc.com/pdvtempl2.htm
http://www.holomap.com/dgv.htm
http://www.psp-tsp.com/pdv/what-is-pdv.html
http://www.dlr.de/at/en/desktopdefault.aspx/tabid-1657/2281_read-3723/