ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΟΔΗΓΟΣ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΕΧΝΙΚΗΣ Laser Doppler Velocimetry Συντάκτης: Δημήτρης Τζιουρτζιούμης MSc Μηχανολόγος Μηχανικός, Υπ. Διδάκτορας ΕΘΘΜ/ΤΜΜ/ΠΘ ΒΟΛΟΣ, ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2010
ΚΑΝΟΝΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΧΩΡΟΥ Οι κανόνες ασφαλείας συνοψίζονται στα 5 ακόλουθα προειδοποιητικά σήματα. Από την στιγμή που θα ενεργοποιηθεί η πειραματική διάταξη: ΔΕΝ ΚΟΙΤΑΜΕ ΤΙΣ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΕΣ ΔΕΣΜΕΣ ΜΕ ΓΥΜΝΟ ΜΑΤΙ, Εικόνα 1 ΦΟΡΑΜΕ ΠΑΝΤΑ ΕΙΔΙΚΑ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΑ ΓΥΑΛΙΑ, Εικόνα 1 ΑΠΟΦΕΥΓΟΥΜΕ ΝΑ ΣΤΕΚΟΜΑΣΤΕ ΜΠΡΟΣΤΑ ΣΤΙΣ ΔΕΣΜΕΣ ΑΛΛΑ ΚΑΙ ΣΕ ΑΝΤΑΚΛΑΣΕΙΣ ΑΥΤΩΝ, Εικόνα 2 ΔΕΝ ΑΓΓΙΖΟΥΜΕ ΤΙΠΟΤΑ ΚΑΙ ΓΙΑ ΚΑΝΕΝΑ ΛΟΓΟ, Εικόνα 3 Εικόνα 1 Εικόνα 2 Εικόνα 3 2
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΗΣ LASER CONTROLLER Εικόνα 4 Melles Griot τροφοδοτικό και ρυθμιστής λειτουργίας (αριστερά) Melles Griot αερόψυκτη κεφαλή Laser μέγιστης ισχύος 300 mw (LA 300 Melles Griot Air Cooled Laser Head, maximum power 300 mw) Εικόνα 5 Fiberlight TM Multicolor Beam Separator, 1D (αριστερά) Παρουσίαση θέσης επιμέρους συστημάτων (δεξιά) PDM 1000 FSA 3500 ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΤΗΣ ΤΑΣΗΣ Εικόνα 6 Φωτοδέκτης (Photo Detector Module PDM 1000), επεξεργαστής σήματος (Signal Processor FSA 3500) και παλμογράφος παρακολούθησης σήματος πριν την είσοδο του στον επεξεργαστή (αριστερά) Αεραγωγός ψύξης κεφαλής Laser, σταθεροποιητής τάσης και Η/Υ ρύθμισης παραμέτρων επεξεργασίας και καταγραφής σήματος (δεξιά). 3
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ LDV Η διαδικασία ενεργοποίησης περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: 1) Στον ηλεκτρολογικό πίνακα του δωματίου ελέγχου, σηκώνουμε την ασφάλεια με τα πράσινα αρχικά LL. 2) Ενεργοποιούμε τα 2 πολύπριζα του δωματίου. Το 1 ο βρίσκεται πίσω από τον σταθεροποιητή τάσης το 2 ο βρίσκεται πίσω από τον multicolor beam separator, Εικόνα 4 δεξιά. 3) Θέτουμε σε λειτουργία τον σταθεροποιητή τάσης, Εικόνα 6 δεξιά (ανεβάζουμε τον μπλε διακόπτη στη θέση ΟΝ) και περιμένουμε μέχρι να ακούσουμε έναν χαρακτηριστικό ήχο και κίνηση των δεικτών στο αριστερό μέρος της συσκευής. 4) Ενεργοποιούμε το τροφοδοτικό του Laser πιέζοντας το διακόπτη στη θέση Ι. 5) Περιστρέφουμε δεξιόστροφα το κλειδί στη θέση Interlock. 6) Ενεργοποιούμε τον Laser controller, Εικόνα 4 αριστερά, ανεβάζοντας το διακόπτη Discharge στην θέση ΟΝ και τον γειτονικό του διακόπτη στη θέση RUN από τη θέση STAND BY. 7) Μετά από ελάχιστο χρόνο θα παρατηρήσουμε μια μπλε δέσμη στην έξοδο του Laser. ΑΠΟ ΤΟ ΣΗΜΕΙΟ ΑΥΤΟ ΚΑΙ ΜΕΧΡΙ ΤΟ ΤΕΛΟΣ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΓΙΑ ΚΑΝΕΝΑ ΛΟΓΟ ΔΕΝ ΑΓΓΙΖΟΥΜΕ ΚΑΙ ΔΕΝ ΠΛΗΣΙΑΖΟΥΜΕ ΤΗΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΔΕΣΜΗ. 8) Με προσοχή ανοίγουμε τον multicolor beam separator, επιλέγοντας το φίλτρο OPEN περιστρέφοντας τον ειδικό διακόπτη ο οποίος βρίσκεται στο δεξιό τμήμα του bragg cell, Εικόνα 4 δεξιά. 9) Απομακρύνουμε το κίτρινο προστατευτικό κάλυμμα του probe, Εικόνα 7. ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΚΑΛΥΜΜΑ Εικόνα 7 TSI TR60 Probe 10) Στη συνέχεια θέτουμε σε λειτουργία τον επεξεργαστή σήματος, Signal Processor FSA 3500, Εικόνα 6, και αναμένουμε να παρατηρήσουμε 2 πράσινες δέσμες laser στην έξοδο του probe. ΑΠΟ ΑΥΤΟ ΤΟ ΣΗΜΕΙΟ ΚΑΙ ΜΕΧΡΙ ΤΟ ΤΕΛΟΣ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ: ΔΕΝ ΑΓΓΙΖΟΥΜΕ ΤΙΣ ΔΕΣΜΕΣ LASER ΔΕΝ ΣΤΕΚΟΜΑΣΤΕ ΜΠΡΟΣΤΑ ΑΠΟ ΤΙΣ ΑΝΤΑΝΑΚΛΩΜΕΝΕΣ ΔΕΣΜΕΣ ΚΑΙ ΑΝ ΔΕΝ ΦΟΡΑΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΑ ΓΥΑΛΙΑ ΔΕΝ ΚΟΙΤΑΜΕ ΤΙΣ ΠΡΑΣΙΝΕΣ ΔΕΣΜΕΣ LASER. 4
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΤΜΗΜΑΤΩΝ Laser Doppler Velocimeter Εικόνα 8 LA 300 Melles Griot Laser Head, Maximum power 300 mw Εικόνα 9 Fiberlight TM Multicolor Beam Separator and couplers 2 couplers για κάθε παραγόμενη δέσμη. Η αρχική δέσμη laser, προερχόμενη από την κεφαλή, «σπάει» σε 2 δέσμες οι οποίες έχουν διαφορά 40 MHz. 5
Εικόνα 10 Συνδεσμολογία junction box με couplers. Εικόνα 11 Ρυθμιστικοί κοχλίες στην περιφέρεια κάθε coupler. 6
Εικόνα 12 Σύνδεση επεξεργαστή σήματος FSA 3500 με το multicolor beam separator Εικόνα 13 Πίσω όψη Φωτοδέκτη (Photo Detector Module PDM 1000). Διακρίνονται η θύρα επιστροφής του σήματος, περιέχοντας την σκεδαζόμενη ακτινοβολία (connect Fiber from Transceiver), η θύρα επικοινωνίας με τον επεξεργαστή σήματος (signal processor FSA 3500) και οι υποδοχές για τα καλώδια BNC, ένα για κάθε κανάλι. 1D LDV στην περίπτωση μας. 7
Εικόνα 14 Πίσω όψη Φωτοδέκτη (Photo Detector Module PDM 1000) και Επεξεργαστή Σήματος (Signal Processor FSA 3500). Διακρίνονται οι απαιτούμενες επιμέρους συνδέσεις: θύρες επικοινωνίας (PDM με FSA, FSA με Η/Υ, FSA με bragg cell) Εικόνα 15 Συνδεσμολογία σημάτων με junction box και probe. To «χοντρό» καλώδιο, το οποίο συνδέεται στην βάση του probe, αντιπροσωπεύει την οπτική ίνα μέσω της οποίας μεταφέρονται οι 2 δέσμες laser. 8
Εικόνα 16 Βασικές διαστάσεις TSI TR60 series probe Εικόνα 17 TSI TR60 probe τομή. Διακρίνονται οι 2 ενσωματωμένοι φακοί, 1 ος εστίασης δεσμών (transmitting lens) και 2 ος συλλογής σκεδαζόμενης ακτινοβολίας (receiving lens). Εικόνα 18 Γενική παρουσίαση διάταξης LDV μιας διάστασης, 1D. Διακρίνονται τα 6 επιμέρους συστήματα: Κεφαλή Laser, Multicolor beam separator, Φωτοδέκτης (Photo Detector Module), Επεξεργαστής σήματος (Signal Processor), Probe και Η/Υ με εγκατεστημένο το λογισμικό FlowSizer. 9
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ DIESEL SPRAY ΜΕ ΔΙΑΤΑΞΗ LASER DOPPLER VELOCIMETER Εικόνα 19 10