ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ СИГНАЛУ В ЛАЗЕРНОМУ ДОПЛЕРІВСЬКОМУ ВИМІРЮВАЧІ ШВИДКОСТІ ІЗ ЗУСТРІЧНИМИ ПРОМЕНЯМИ

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.71(1).2026.361650

Ключові слова:

лазер, доплерівський, вимірювання, швидкість, поляризація, сигнал

Анотація

Для лазерного доплерівського вимірювача швидкості (ЛДВШ) із зустрічними променями на основі теорії розсіяння Г. А. Мі проведені розрахунки відносної амплітуди доплерівського сигналу, коєфіцієнтів амплітудного та поляризаційного узгодження розсіяного випромінювання для лінійного узгодженого та взаємно ортогонального стану поляризації лазерних променів. Розрахунки поведені також для кругового узгодженого, кругового взаємно ортогонального стану поляризації променів і для випадку, коли кут між електричними векторами променів складає 300 та коли один промінь має лінійний, а другий круговий стан поляризації. Встановлено, що при взаємно ортогональній поляризації променів, коли в зоні вимірювання швидкості не утворюється інтерференційна картина, існують напрямки прийому, де має місце повне узгодження розсіяного випромінювання за станом поляризації. Теоретичні результати підтверджені на експериментальній установці ЛДВШ із зустрічними променями, в якій додатково встановлені перетворювачі поляризації. На основі отриманих результатів запропонована структура ЛДВШ із зустрічними променями, в якій постійна складова доплерівського сигналу компенсується. Рекомендовано при проєктуванні лазерних доплерівських вимірювачів швидкості потрібно враховувати вплив на глибину модуляції та відношення сигнал/завада доплерівського сигналу як ступінь узгодження розсіяного випромінювання за інтенсивністю, так і за станом поляризації. Для конкретної структури ЛДВШ та оптичних властивостей мікрочастинок, що вводяться у потік, необхідно розрахувати ступінь узгодження розсіяного випромінювання за інтенсивністю та станом поляризації. Потім потрібно визначити напрямок прийому розсіяного випромінювання або величину кутової апертури приймальної діафрагми з максимально можливим ступенем амплітудного та поляризаційного узгодження розсіяного випромінювання. Таким чином можна підвищити глибину модуляції та відношення сигнал/завада доплерівського сигналу, точність вимірювання його частоти та зменшити похибку вимірювання швидкості потоку.

Біографія автора

Микола Дивнич, Державний університет «Київський авіаційний інститут»

к.т.н., доцент

факультет аеронавігації, електроніки та телекомунікацій, кафедра авіоніки та систем управління

Посилання

H.-E. Albrecht, M. Borys, N. Damaschke, C. Tropea “Laser Doppler and phase Doppler measurement techniques“ Springer-Vertlag Berlin Heidelberg, 2010, 738 p.

W. Merzkirch, D. Rockwell, C. Tropea „Laser Doppler Anemometry for Fluid Dynamics”. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010, 274 p.

M.R. Yaacob, R. Slander “A novel laser Doppler anemometer (LDA) for high-accuracy turbulence measurements”. Journal of Advanced Research in Applied Sciences and Engineering Technology 10, 2019, 28(2) p. 256-274. DOI:10.48550/arXiv.1905.08066.

D. M. Liu, Y. Z. Zhao, Z. G. Zuo1 “Experimental research on flow field in the draft tube of pump turbines based on LDV” 29th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems/IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 240, 2010, 13 p. DOI:10.1088/1755-1315/12/1/012044.

F. Durst “Scattering phenomena and their application in optical anemometry”. J ofAppl Math and Phys 1973, 24, p. 619-643. DOI: 10.1007/BF01588163.

J. F. Meyers “Development of Doppler global velocimetry as a flow diagnostics tool”. Measurement Science and Technology, 1995, V. 6, Issue 6, p. 769-783. DOI:10.1615/JFlowVisImageProc.v11.i4.70

“Laser Doppler Anemometry (LDA) System for Fluid Mechanics” Dantec Dynamics, [Online]. Available: https:www.Dantec Dynamics.com.

L. Lading “Spectrum analysis of LDA signals”. Proc Int Specialists Meeting on the Use of Computers in Laser Velocimetry, ISL, 1987, France: paper 20.

Y. Ikeda, M. Nishigaki, Ippommatsu , T. Hosokawa “Optimum seeding particles for successful LDV measurements”. Proc 6th Int Symp on Appl of Laser Techn to Fluid Mech, 1992, Lisbon, Portugal: paper 32.2. https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1996_210_245_02.

F. Durst, C. Tropea “Digital processing of LDA-signals by means of a transient recorder and a computer”. Symp Long and Short Range Opt Vel Meas, 1980, ISL, France: p. 1-11.

D.M. Robinson, W.P. Chu “Diffraction analysis of Doppler signal characteristics for a cross-beam laser Doppler velocimeter”. Appl. Opt., 1975, v.2, №9, p. 2177-2183.

W.M. Farmer “Visibility of large spheres observed with a laser velocimeter: a simple model” J. Appl. Opt., 1980, v.19, №21, p. 3660 – 3667. https://opg.optica.org/ao/abstract.cfm?URI=ao-19-21-3660.

Takeo Takashi, Hattori Hajime “Visibility analysis of laser Doppler anemometry for spherical particles smaller than several light wavelengths”. Japanese Journal of Applied Physics, 1990, v.29, №2, p. 419 – 426.

J.D. Pendleton “Mie and reflection theory comparison for particle sizing with the laser velocimeter”. J. Appl. Opt., 1982, v.21, №4, p. 684 – 688. https://doi.org/10.1364/AO.21.000684.

G. Gouesbet G. Grehan „Generalized Lorenz-Mie Theories“. Berlin Heidelberg Springer-Verlag, 2011, 376 p.

. V. M. Dyvnych, “Increasing the depth modulation of the laser doppler anemometer signal by matching the scattered waves by their intensity,” Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., is. 54(2), pp. 40-44, 2017 (in Ukrainian)

. Seed particle generators. Oil droplet generator Model 9307. [Online]. Available: http://www.tsi.com. Precisions measurement instruments.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-05-25

Як цитувати

[1]
М. Дивнич, «ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ СИГНАЛУ В ЛАЗЕРНОМУ ДОПЛЕРІВСЬКОМУ ВИМІРЮВАЧІ ШВИДКОСТІ ІЗ ЗУСТРІЧНИМИ ПРОМЕНЯМИ», Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., вип. 71(1), с. 20–27, Трав 2026.

Номер

№ 71(1) (2026)

Розділ

МЕТОДИ І СИСТЕМИ ОПТИЧНО-ЕЛЕКТРОННОЇ ТА ЦИФРОВОЇ ОБРОБКИ СИГНАЛІВ

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Дивнич М. П.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Авторське право на публікацію залишається за авторами.

Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»  як на видавця.

Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.

 Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.

Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.