激光多普勒在粒子散射测量中的应用

激光相位多普勒技术(Laser Phase Doppler Anemometry,简称PDA)是利用运动粒子散射光的多普勒效应,可以同时对粒子的特性信息以及流速进行测量,被广泛地应用于流体力学,空气动力学,化工和环保等领域。 本文基于Mie理论,导出了散射光强度,光功率和多普勒频移的展开式;讨论了参考光模式,双光束模式和双散射模式三类LDA和PDA测量系统的测量光学模式;推导了探测点在入射波平面内和探测点垂直入射波平面两种情况平面LDA的多普勒散射光强度和散射光功率,数值分析了粒子折射率,粒子尺寸参数,粒子运动速度等参量对粒子散射光强度和散射光功率的影响。 根据GLMT理论和LDA理论,推导了在相干双高斯波束入射下PDA的散射光功率表达式和多普勒效应产生的多普勒展宽表达式。结合几何光学近似获得反射模式和折射模式下的散射相位和相位差,数值分析了粒径参量和粒子折射率参量与散射相位差的关系。针对PDA测量系统,对水滴,油滴,玻璃,血红细胞,白细胞,血小板等几种物质颗粒构建了数学模型,详细数值分析了粒子的折射率,粒子的尺寸,粒子的运动速度等参量对运动粒子散射光功率的影响。数值验证PDA测量系统对运动粒子折射率,粒子尺寸参数,粒子运动速度同时诊断的可行性。