Principes de la vélocimétrie laser

Basic Principles of Velocimetry

Un vélocimètre laser de surface est un capteur de mesure de vitesse de défilement sans contact. Il est constitué d'une source de lumière monochromatique (laser ou diode laser) et d’un interféromètre optique, permettant de mesurer l'effet Doppler dû au déplacement de la surface dans la zone de mesure. Contrairement à la vélocimétrie laser "classique", cette méthode permet de mesurer des vitesse de déplacement de surfaces solides et non pas de vitesses d'écoulements de fluides. La plupart des vélocimètres de surface permettent aujourd'hui de mesurer également la longueur défilée par intégration dans le temps de la vitesse mesurée. Le vélocimètre laser de surface (ou LSV : Laser Surface Velocimeter) utilise le principe de l’effet Doppler et fonctionne sans contact.

Technique de différence Doppler

Les vélocimètres laser Polytec fonctionnent sur la technique de la différence Doppler. Ici deux faisceaux laser sont superposés et génèrent un motif de franges d'interférence sur la surface de l'objet à mesurer. A l'intersection des deux faisceaux laser, les interférences produisent des franges brillantes et sombres sur la surface de l'objet avec un intervalle entre les franges appelé δS qui peut être déterminé à partir de l'angle α et de la longueur d'onde du laser λ : δS=λ/ (2 sin δ)

Représentation graphique de la technique de différence Doppler

A l'intersection des deux faisceaux laser, les interférences produisent des franges brillantes et sombres sur la surface de l'objet avec un intervalle entre les franges appelé Δs qui peut être déterminé à partir de l'angle φ et de la longueur d'onde du laser λ:

             Δs = λ/(2 sin φ)

Lorsqu'une particule sur la surface de l'objet traverse la zone d'interférences, elle réfléchit la lumière en passant à travers les franges claires. Le détecteur reçoit alors une modulation d'intensité lumineuse composée d'une fréquence Doppler fD qui multipliée par l'interfrange Δs donne la vitesse de la surface vp :

            fD = vp/Δs = (2v/λ) sin φ

  • fD = fréquence Doppler
  • vp = vitesse
  • Δs = Mesure de l'interface entre les franges
  •  

L'interfrange λ/sinφ déterminé individuellement pour chaque tête laser produite, reste constant même lorsque la distance de travail varie (à l'intérieur du volume de mesure). La longueur est calculée par une intégration ultra précise en temps réel de la vitesse instantanée. 

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