Laser-Doppler

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Une onde électromagnétique frappant une particule en mouvement sera diffusée par celle-ci avec une fréquence différente de la fréquence incidente. On va avoir un décalage en fréquence par effet Doppler : Δf=(1/λ)..( -)

( U, V) est la vitesse de la particule. D'après la décomposition de Reynolds, cette vitesse est la somme de deux composantes :

La vitesse moyenne (U_moy, V_moy )

La composante fluctuante ( u’, v’), dont la moyenne est nulle, tient compte de la turbulence.

et sont les vecteurs unitaires dans la direction des faisceaux incidents et diffusés.

Cette propriété a été utilisée dans de nombreux domaines pour mesurer la vitesse d’objets de tailles très variées : depuis les particules microscopiques jusqu’aux planètes du système solaire. L’ Anémométrie Laser Doppler (LDA) est fondée sur la mesure du décalage en fréquence de faisceaux laser éclairant des particules très fines entraînées par le fluide. Ainsi, en mesurant la vitesse des particules dans le fluide, on peut connaître la vitesse du fluide.

La méthode de l’Anémométrie Doppler Laser est une méthode très pratique et très utilisée car elle présente l’avantage d’être non intrusive. La LDA ne perturbe donc pas l’écoulement ou la flamme que l’on étudie.

[modifier] Principe du mode Doppler différentiel ( mode des franges)

[modifier] Détermination d’une composante de la vitesse

Dans cette méthode, la particule est éclairée simultanément par deux faisceaux monochromatiques de même fréquence, cohérents et de directions différentes. A l’intersection de ces deux faisceaux apparaît un faisceau de franges d’interférence.

Une particule traversant ce réseau diffuse de la lumière uniquement lorsqu’elle se trouve dans une frange brillante.

i est l’interfrange, la distance pendant laquelle la frange est brillante.

Ainsi, en considérant une particule traversant le réseaux de frange à une vitesse u_p, sa fréquence de passage dans une frange brillante va être de f_d=u_p/i
f_d est donc la fréquence de la lumière diffusée par la particule. C’est elle que l’on va pouvoir mesurer. Comme on connaît i d’après notre montage, on peut en déduire u_p.

[modifier] Sens de la vitesse  :

Ce mode de calcul ne permet pas de déterminer le sens de la vitesse de la particule car, à une fréquence donnée, correspond la même vitesse positive ou négative.
La détermination du signe de la vitesse se fait par défilement des franges d’interférence. Une particule immobile émettra un signal correspondant à la vitesse de défilement des franges et la vitesse d’une particule en mouvement s’ajoutera ou se retranchera à la vitesse de défilement. Il faut néanmoins vérifier que la vitesse turbulente soit toujours positive pour qu’il n’y ait pas d’ambiguïté sur sa valeur.