激光多普勒粒子分析PDA课件

Slide Title,Body Text,Slide,*,|Zhang Yao|Jul 2006,PDA,系统简介,总部位于丹麦哥本哈根,公司历史超过,60,年，前身是,DISA,的一部分,在,5,个国家有,6,个分公司，代理公司遍布世界,120,余名员工,多数为硕士、博士以及博士后,Dantec,公司概述,Dantec Dynamics,代理商,Dantec Dynamics,分公司,Dantec Dynamics,总部,我们是世界上光学测量领域最主要的供应商，主要对流体、微流体力学、粒径测量，燃烧以及组分分析提供解决方案。,ISO 9001:2000,认证,主要客户,汽车工业,戴姆勒,克莱斯勒,丰田,福特,航空工业,波音,空中客车,通用电气,大学及科研机构,NASA,牛津大学,斯坦福大学,此刻，世界上有数千套我们的设备正在运行！,概要,PDA,系统,分类,PDA,系统组成,LDA,概述,PDA,原理,PDA,部件详解,BSA Flow,软件介绍,结论,PDA,系统分类,按照发射光路类型分,（,LDA,部分）,FlowExplorer,紧凑型系统，用于小范围喷雾测量,FlowLite,固体激光器系统，便于在各实验场地间移动,FiberFlow,大型,PDA,系统，适用于各种实验,按照接收光路分,（接收探头及光电检测器）,FiberPDA,通用型传统,PDA,-,FiberPDA,-HiDense FiberPDA,DualPDA,顶级,PDA,系统，具有极高的精度及数据有效率，适用于具有一定经验的用户，兼容,FiberPDA,模式,-DualPDA,-HiDense DualPDA,PDA,系统分类,FlowExplorer,FlowLite,FiberFlow,FiberPDA,HiDense FiberPDA,HiDense DualPDA,DualPDA,FlowExplorer,系统,FlowLite,系统,概要,PDA,系统,分类,PDA,系统组成,LDA,概述,PDA,原理,PDA,部件详解,BSA Flow,软件介绍,结论,FiberFlow PDA,系统组成,3,维,PDA,系统部件图,1.,激光器,2.,分光器,3.,二维,FiberFlow,探头,5.PDA,接收探头,7.,光电转换器,8.BSA,处理器,8.BSA,软件,&,计算机,9.,位移系统,4.,第,3,维速度测量光路,(,注,:,6.,光路调节工具,图中未标出,),FiberFlow PDA,系统组成,3,维,FiberPDA,系统实物图,1.,激光器,2.,分光器,3.,探头,(,激光发射,),5.PDA,接收探头,7.,光电转换器,8.BSA,处理器,位移系统,8.BSA,软件,&,计算机,9.,4.,第,3,维速度测量光路,(,图中未标出,),6.,光路调节工具,(,图中未标出,),概要,PDA,系统,分类,PDA,系统组成,LDA,概述,PDA,原理,PDA,部件详解,BSA Flow,软件介绍,结论,LDA,概述,LDA,（激光多普勒测速仪）是二十世纪,70,年代发展起来的一项流体测速技术。它根据粒子通过激光光束时产生的多普勒效应，对粒子通过的速度进行测量。,DISA,（,Dantec,的前身）于,1971,年全球首先推出了基于,tracker,技术的商业化,LDA,系统。,1987,年，,Dantec,公司正式推出了基于,FFT,技术的,Burst Spectrum Analyser,（,BSA,）处理器，并推出了,PDA,系统。,LDA,概述,速度测量范围，当处理器的测量频率范围固定时，与激光波长以及两光束夹角有关,概要,PDA,系统,分类,PDA,系统组成,LDA,概述,PDA,原理,PDA,部件详解,BSA Flow,软件介绍,结论,PDA,原理之光的散射模型,-2,第一次折射,-1,1,2,-2,-1,1,2,Incident ray,反射光,第二次折射,3rd order,4th order,5th order,6th order,7th order,8th order,n,p,n,m,折射率,n,p,n,m,入射的激光在待测粒子的表面与内部发生反射与折射,各个散射模式的光强比例由菲涅耳系数确定，取决于入射角度，偏振方向以及相对折射率,各个散射的角度由斯内尔定律给出,相位差由散射光的光程差决定,绝大多数散射光的强度存在于前三次散射,FiberPDA,原理,为两个发射光束间夹角,由焦距、光束间距决定,为激光发射方向与接收探头夹角,为接收探头内的检测器间夹角,相位差与粒子直径之间的关系,接收探头内两个检测器间的相位差与粒子直径之间的关系：,对于反射光信号,:,对于第一次折射信号,:,请注意，在以上公式中，没有包含任何与标定有关的系数,因此,PDA,系统是无需标定的！,但区分光的散射模式至关重要！,光的散射模式与强度,当激光由,X,轴负向入射的各散射模式光强分布,不同散射模式的光强在不同的接收角度是不同的,散射光强度随角度的分布与光的偏振方向也有关,我们需要找到不同模式光强比例最大的角度作为接收角,-3,-2,-1,1,2,3,4,5,-3,-2,-1,1,2,3,parallel,polarization,perpendicular,polarization,1st order,refraction,reflection,2nd order,refraction,Lorenz-Mie,光的散射模式与强度,-3,-2,-1,1,2,3,4,5,1,2,3,parallel,polarization,1st order,refraction,reflection,2nd order,refraction,Lorenz-Mie,推荐前向接收角：,主散射模式：一次折射,次散射模式：无,推荐后向接收角,主散射模式：二次折射,次散射模式：反射,轨迹效应,Z,光束光强,高斯分布,反射,折射,检测器,Z,光束光强,高斯分布,折射,反射,检测器,Top view,散射模式检测错误！,FiberPDA,与,DualPDA,的比较,FiberPDA,可以通过不同的,Mask,来消除轨迹效应,DualPDA,DualPDA,通过两个方向布置检测器进行检测，以消除轨迹效应,并且结合通过不同的,Mask,reflection,refraction,2,P12,P13,2,Refraction is dominant,Reflection is dominant,FiberPDA,与,DualPDA,的比较,2D,发射探头位置,X,Y,Z,接收探头位置,主流速度方向,FiberPDA,光路布置有严格要求,DualPDA,光路布置有两个方向选择,FiberPDA,会对非球形粒子进行误判,DualPDA,可以拒绝非球形粒子,FiberPDA,与,DualPDA,的比较,2D,发射探头位置,X,Y,Z,接收探头位置,1 diameter,FiberPDA,与,DualPDA,的比较,FiberPDA,可以降低轨迹效应,-,通过使用不同的,Mask,DualPDA,可以降低轨迹效应,相对于主流速度方向具有更灵活的布置方式,可以判别非球形粒子,-,可以获得更精确的浓度及通量信息！,可以方便的切换到,FiberPDA,模式,对操作人员有更高的要求,概要,PDA,系统,分类,PDA,系统组成,LDA,概述,PDA,原理,PDA,部件详解,BSA Flow,软件介绍,结论,探头,发射光路探头,14mm,，,27mm,，,60mm,，,112mm,可选，以及可以连续调节光束间距的,Beam Translator,前置透镜：焦距决定了工作距离,光束扩束器：提高空间分辨率，可以测量更小的粒子,光纤,60mm,发射探头,112mm,发射探头,第三维速度测量发射光路,探头,接收光路探头,60mm,直径,PDA,接收探头，可满足绝大多数,PDA,应用,HiDense PDA,接收探头，针对高浓度、超微粒子、大喷雾范围的测量而设计,已经成为航空、航天、,F1,赛车领域发动机喷嘴研究的不二选择！,60mm PDA,接收探头及专用支架,112mm HiDense PDA,接收探头,BSA,处理器,Dantec,公司全系列处理器采用,8bits FFT,技术进行信号采集及处理,基于,TCP/IP,协议的以太网进行控制及采集,在任何地点都可以遥控！,PDA,电路系统全自动标定，无需任何手动调节,每个,PM,独立控制调节,400kHz,以上的,Data Rate,！,（与示踪粒子效果有关）,内置模拟信号输入端口（选配）,概要,PDA,系统,分类,PDA,系统组成,LDA,概述,PDA,原理,PDA,部件详解,BSA Flow,软件介绍,结论,BSA Flow,软件,PDA,技术发展至今，硬件上已经接近完美，如何将硬件的功能发挥到极致，软件在这其中扮演了重要的角色。,BSA Flow Software 4.11,的新特性,BSA Flow,是该领域的领导者,不断更新,Dantec,公司,BSA Flow,软件以每年,23,次的速度不断更新,不仅仅是修正补丁，而是不断的有新功能加入，以帮助用户完成更高阶的任务以及更加方便的使用,支持,64bits,操作系统、,Point-LIF,功能,一直以来独有的软件功能,速度矢量图,置信区间,同时打开不同的实验文件以进行比较,非常多的导出格式及内容,MatLab,动态链接库,新的开始界面,Office 2003,风格界面，全数据御览,快速读取现存的,测量数据,模板文件,可以快速的访问,PDF,格式的用户手册,丹迪公司网站（支持,RSS,），以获得更新信息,粒径,/,速度的分布及拟和,为柱状图添加一条拟和曲线,体积柱状图,Rosin-Rammler,分布,粒径柱状图,(%,count,cumulative),Log-Normal,分布,改进的,Log-Normal,分布,速度柱状图,一般分布,粒径,/,速度的分布及拟和（,2,）,从,plot,图上复制拟和曲线,从柱状图数据输出拟和曲线,Log-normal:1/(x*sqrt(2*PI)*0.753238)*exp-(log(x)-3.35181)2/(2*0.7532382),Probe Volume Correction(PVC),测量体积修正,检测到大粒子的概率要高于检测到小粒子的概率,可以修正粒径分布及平均直径,Y,Y,Detection threshold,Probe volume for small droplets,Probe volume for large droplets,Probe Volume Correction(2),对于粒径的柱状图,原始数据和修正后的数据可以在同一张图上显示,结论：,我们实际上得到的大粒子应该更少些，而小粒子多些,从粒径统计信息上我们可以看出：,D10.D20Dv,Corrected distribution,数据文件信息,”,另存为,”,窗口可以补充实验注释,这些注释将保存在文件属性中，无需打开文件我们即可看到当时的实验工况,窗口折射补偿,全新的窗口折射补偿功能使测量更加精确,BSA Flow,软件,PDA,技术发展至今，硬件上已经接近完美，如何将硬件的功能发挥到极致，软件在这其中扮演了重要的角色。,BSA Flow Software 4.11,的新特性,BSA Flow,是该领域的领导者,简单的操作即可配置,PDA/LDA,系统,Show,explain,mention,默认光路设置,:,系统将一直保留着这个设置,设置速度范围,速度单位：,非常直观,无需设置,low pass filter,downmixing filter,bandpass filter,所有设置的参数将直接发送给处理器：无需点击“应用”,System monitor included,无需外接示波器,实时多普勒信号显示或频谱显示,(FFT),测量控制：,validati