一种新型的流体速度测量与研究方法——透射光流体测速法

　　透射光流体测速法是一种用透射光栅和激光测量流体速度的新方法，这种方法是由光学接收系统将流体中粒子的像呈现到光电检测器前面的光栅上，然后由光电检测器将其散射光转换成为电信号，并经过数据处理后就可确定出流体速度。我们用上述方法测量了转盘的线速度，水管中的水流速度，风洞中的含尘气流速度.其结果与激光多普勒测速仪(简称LDV)的测试结果相对比是一致的。

　　用光学方法测量流体速度的主要优点是:非接触测量;不干扰被测流物，空间分辨力高;反应速度快。最有代表性的是近几年国内外已普遍研究和逐步推广应用的激光多普勒测速技术。不过我们这里所要介绍的是一种用透射光栅法测量流体速度新方法。它与LDV技术在原理上完全不同，但是却有许多相似的地方。前者已有不少的文献做过论述。从仪器的研制以及在工程技术方面的应用，仅国内就有许多研究人员做了大量的工作。但是用透射光栅测量流体的速度，还没有引起人们的注意(至少，目前在国内还是如此)。这种测速法几乎包括了LDV技术的全部特点。此外，还有光学和机械系统结构简单稳定，光源可用相干光或非相干光，信噪比高等优点.可以说，这是继LDv技术之后，测速手段的又一新的发展途径。

　　1透射光栅测速仪的原理简介

　　图1是用透射光栅速度计测量流体速度的原理示意图。图中测量区域用激光来照明，当被测管道中流体里的粒子通过测量区域时就发出较亮的散射光.透镜L将粒子的散射光的像呈到透射光栅上。这样当运动的粒子的散射光扫过光栅时，光栅后就测到周期性变化的光强信号，通过光电检测器的转换就得到一个周期性变化的电信号。这一周期性变化的电信号频率为f，它直接与流体中粒子的运动速度V成正比。如果测量区域中，粒子的运动方向与光栅条纹方向垂直，则流体速度分量可由下式决定:

　　式中W为光栅条纹间隔宽度;M为光学系统的放大倍数;f为含有速度信息的频率信号。探测体积的大小，由光栅后针孔孔径确定。

　　2试验情况

　　我们用上述光学系统和信号处理系统分别做了转盘速度测量与直径Zomm玻璃管道中水流速度测量及直径为100mm二相流风洞中流体速度的测量试验。均得到了比较满意的结果。图2、图3分别为转盘线速和水管中测到的流体速度拉关的频率信号照片。图2中信号的限幅是由于信号幅度太大所至。由干拍摄问题，风洞中的流体速度信号未能附上，另外在做上述试验的同时还用我们研制的激光多普勒测速仪进行了对比，结果一致性非常好。