レーザードップラー風速計

レーザーの良好な干渉性を利用して２つのビームを交差させると、 図3.53のように 交差した空間内にモアレ干渉縞が生じる。 この干渉縞は交差角と光の波長の関数であり、 $\ell=\lambda/\sin \theta/2$ の間隔となる。 この空間内をトレーサーという微粒子が通過すると 干渉縞の距離を粒子速度 v で除した周期$\tau=\ell/v$を持つ散乱光を出すことになる。 この散乱光を交差空間方向からのみの光を受け取る デテクターで観察するとバースト信号と言われる 特有の振動する波を得る。 このバースト信号の周波数を得ると、 粒子が 交差空間のモアレ縞を横切ったときの 周期が求められ、流速を知ることができる。 この方法は非接触測定法であり、 燃焼中のガス流速や 微小隙間内の流れ、 速度変化のある乱流や タービン翼間の高速な流れ など 従来の速度測定法が利用できなかった 流れの詳細測定を可能にして研究を飛躍的に 発展させた。

図 3.53: LDVの原理

しかし、

• 干渉縞の光強度分布は ビーム内のエネルギー分布を反映したもので 周辺誤差を持つ。

• トレーサーが追従する流体の変動速度は トレーサーのサイズに依存し、 数kHzで正しく追従するには 球形で低比重の特殊な微小粒子が必要となる。

• トレーサーが干渉縞のある交差空間を横切るときしか速度の信号を得る ことができないためアナログ変動量である速度を連続計測するには多量 のトレーサーシードが必要となる。

• 干渉縞間隔とトレーサー粒子サイズの大小関係が信号に影響する。

等の問題点がある。