Qu’est-ce qu’un vélocimètre laser à effet doppler ?
Un vélocimètre laser à effet doppler est un appareil de mesure de la vitesse utilisant l’effet doppler de la lumière laser. Un faisceau laser est projeté sur l’objet à mesurer. Ce faisant, la vitesse de l’objet en mouvement ou en rotation est mesurée. Ces vélocimètres laser présentent l’avantage d’avoir une résolution élevée et de pouvoir détecter les sens de rotation, comme la rotation inverse.
Les vélocimètres laser à effet doppler sont également appelés “vélocimètres laser doppler” lorsque l’objet mesuré est un gaz ou un liquide. Ils mesurent la vitesse d’écoulement. Pour ce faire, ils font briller un faisceau laser sur de minuscules gouttelettes d’eau ou d’autres objets mélangés à l’écoulement du gaz ou du liquide.
Utilisations des vélocimètres laser à effet doppler
Les vélocimètres laser à effet doppler sont utilisés pour mesurer la vitesse d’objets en mouvement, tels que les courroies, et d’objets en rotation, tels que les rouleaux, les moteurs et les engrenages. Ils sont également utilisés pour détecter l’ouverture et la fermeture des ascenseurs. Une large gamme d’objets peut être mesurée, notamment le papier, les matériaux de construction, les feuilles d’aluminium, les câbles, le fromage (denrées alimentaires) et les plaques d’acier.
Les utilisations des anémomètres laser doppler vont de la recherche fondamentale sur la dynamique des fluides aux mesures industrielles telles que l’écoulement autour d’objets comme les avions, les navires et les véhicules. Parmi les exemples, on peut citer les expériences sur le vent pour analyser les caractéristiques aérodynamiques des véhicules et des avions. Mais également l’analyse de l’écoulement du carburant, des mélanges d’air et des gaz d’échappement dans les moteurs.
Principe des vélocimètres à effet doppler laser
La vélocimétrie laser doppler et l’anémométrie utilisent toutes deux l’effet doppler. L’effet Doppler est un phénomène dans lequel la fréquence d’une onde est décalée lorsque la source de l’onde, telle que le son ou la lumière qui la génère, et l’appareil qui l’observe ou la détecte sont tous deux en mouvement. Un exemple familier dans notre vie quotidienne est le phénomène des sirènes des ambulances et des camions de pompiers. Celles-ci sont entendues avec un changement soudain de son lorsqu’elles passent devant nous.
Le principe des vélocimètres à effet doppler laser est le suivant : lorsque de la lumière est irradiée sur un objet de mesure en mouvement, la fréquence de la lumière réfléchie est décalée. Cette lumière réfléchie est ensuite détectée pour déterminer la vitesse. Comme la fréquence décalée est plus petite que la lumière et difficile à détecter, la lumière de la source d’origine lui est superposée.
La lumière laser présente certaines caractéristiques avantageuses pour la détection de l’effet Doppler. “Laser “est l’acronyme de “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement). La lumière laser possède quatre caractéristiques que la lumière ordinaire, telle que la lumière du soleil, ne possède pas.
Tout d’abord, elle est très directionnelle. Une directivité élevée signifie que la lumière se propage directement dans une direction particulière. La deuxième caractéristique est une bonne cohérence. La cohérence signifie que les phases de la lumière sont régulièrement alignées. La troisième caractéristique est que la gamme de longueurs d’onde est très étroite et qu’il est possible d’obtenir une lumière monochromatique. Enfin, la convergence est excellente. Une bonne convergence signifie qu’il est facile de focaliser la lumière en un seul point à l’aide d’une lentille. Lorsque nous utilisons une lentille pour focaliser la lumière du soleil, le papier et d’autres objets brûlent. Cependant, comme la lumière du soleil a de nombreuses longueurs d’onde différentes, toute la lumière n’est pas focalisée sur un seul point, même lorsque nous pensons l’avoir focalisée. Cela est dû à une erreur de mise au point appelée “aberration”. Toutefois, la lumière laser possède d’excellentes propriétés de convergence, ce qui facilite la focalisation de la lumière sur un seul point à l’aide d’une lentille.
Caractéristiques des vélocimètres laser à effet doppler
Les tubes de pression statique de pitot et les anémomètres à fil chaud sont d’autres dispositifs permettant de mesurer la vitesse des fluides. Les avantages de la vélocimétrie laser à effet doppler par rapport à ces dispositifs sont que ses vélocimètres ne nécessitent pas d’étalonnage. Ils peuvent alors effectuer des mesures sans contact et peuvent également mesurer l’écoulement inverse.
Autres informations sur les vélocimètres laser à effet doppler
Pour les vélocimètres laser à effet doppler qui mesurent la vitesse des gaz ou des liquides, le flux doit être mélangé à de minuscules particules de traceur telles que des gouttelettes d’eau, de l’huile de silicone ou du dioxyde de titane. Pour mesurer la vitesse de l’écoulement, un faisceau laser est projeté sur ces particules de traceur. La lumière diffusée émise par les particules est ensuite détectée pour déterminer la vitesse des particules de traceur. Il est donc important que les particules de traceur suivent suffisamment l’écoulement.