Velocimetría de láser Doppler
Los velocímetros de superficie láser funcionan según el principio Doppler láser y evalúan la luz láser que se dispersa al rebotar en un objeto o superficie en movimiento. Los LSV de Polytecse basan en el método de detección heterodina, muy complejo y sofisticado. A diferencia de los métodos convencionales sin contacto, que solo miden el valor absoluto de la velocidad, los LSV de Polytectambién pueden detectar cambios en la dirección del objeto e incluso situaciones de inmovilidad. La precisión de la medición no depende de la velocidad, por lo que incluso los movimientos más pequeños pueden registrarse con exactitud.
Principio de medición de la velocimetría de láser Doppler
La técnica Doppler diferencial
Para realizar una medición de velocidad en objetos en movimiento, que en principio pueden tener cualquier longitud, se necesita un sistema de medición con un sensor montado perpendicularmente a la superficie sobre la que se realiza la medición. Los velocímetros « Polytec » funcionan según la denominada «técnica Doppler diferencial». En este caso, se superponen sobre la superficie de la muestra dos rayos láser, cada uno de los cuales incide sobre el eje óptico formando un ángulo φ. Para un punto P que se desplaza a una velocidad v a través del punto de intersección de los dos rayos láser, las frecuencias de ambos rayos sufren un desplazamiento Doppler de acuerdo con la fórmula anterior.
Ambos rayos láser se superponen en el volumen de medición y, en esta zona espacial, generan un patrón de interferencia de franjas claras y oscuras. La distancia entre franjas Δs es una constante del sistema que depende de la longitud de onda del láser λ y del ángulo entre los rayos láser 2φ:
Δs = λ/(2 sin φ)
Si una partícula se desplaza a través del patrón de franjas, la intensidad de la luz que dispersa se modula. Como resultado de ello, un fotorreceptor situado en el Cabezal de medición genera una señal de CA,cuya frecuenciafD es directamente proporcional a la componente de velocidad de la superficie en la dirección de mediciónvp, por lo que se puede afirmar que:
- fD =vp/Δs= (2vp/λ) sin φ
- fD = frecuencia Doppler
- vp = componente de velocidad en la dirección de medición
- Δs = Espacio entre franjas en el volumen de medición
El valor λ/sin φ constituye la medida material para la medición de la velocidad y la medición longitudinal.
La técnica heterodina
Los velocímetros de superficie por láser que funcionan en el denominado modo heterodino presentan un desplazamiento de frecuencia de 40 MHz en uno de los haces láser. Esto hace que las franjas en el volumen de medición se desplacen a una velocidad correspondiente a la frecuencia de desplazamientofB. De este modo, es posible identificar la dirección de movimiento de la muestra y realizar la medición a velocidad cero. La frecuencia de modulación resultantefmod en el fotorreceptor en modo heterodino es:
fmod =fb +vp / Δs =fb + (2vp/λ) sin φ
La frecuencia de modulación se determina en el controlador mediante la transformada de Fourier y se convierte en el valor de medición de la velocidadvp. La medición longitudinal se realiza integrando la señal de velocidad.