レーザドップラー流速計

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
移動: 案内検索

レーザドップラー流速計(レーザドップラーりゅうそくけい、英語:laser Doppler velocimeter または laser Doppler anemometer、略称:LDV、LDA)は、非接触式の流速計の一種。局所速度を測ることができ、流れ場散乱体となるものが必要であるが、計測器が直接流れを乱すことがなく、周波数特性に優れていることなどが特長。また、他の流速計では計測が困難な超低流速にも使用できる。

レーザー光の非常にコヒーレンスが高い特性を活かして、ハーフミラーミラーにより光路差を与えた2本のレーザー光を干渉させて、干渉縞を通過するトレーサ粒子からの散乱光を受光することによって計測する。

動いているトレーサによる散乱光はドップラー効果により入射光に対して周波数変位を持つ。その変位はトレーサの速度に比例し、トレーサの屈折率や大きさには依存しない。この原理を利用し、散乱光の周波数を測定することでトレーサの(すなわち流れ場の)速度を得ることができる[1]

観測領域には2本のレーザー光の干渉により光強度が強い・弱いという縞(干渉縞)が発生し、この縞を垂直にトレーサ粒子が横切る時、散乱光の強度は強い・弱いを繰り返すことになる。この強い・弱いの繰り返しを散乱光のビート信号という。実際には1粒子からの散乱光だけでなく、多くの粒子からの散乱光が検出器(例えばSiフォトダイオード検出器)に入ることになるが、この散乱光をフーリエ変換することにより、ビート信号の周波数をうまく抽出することができ、それによって速度を得る。なお、測定間隔や測定時間等は任意に設定することが可能である。

トレーサ粒子が干渉縞を垂直に横切ることを前提としているため、例えばトレーサ粒子が斜めに移動したり、干渉縞に平行に移動したような場合、流速が小さく見積もられることもあるので要注意である。特に、この方法は局所流速を求める方法であるので、局所的な流れ方向が把握できないケースでは、正確な数字が得られない恐れがある。

脚注[編集]

  1. ^ 高橋幹二、日本エアロゾル学会編、 『エアロゾル学の基礎』 森北出版、2003年、157頁。ISBN 4-627-67251-9