Springen naar inhoud

Laser doppler practicum


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Jocham

    Jocham


  • >25 berichten
  • 35 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 20 juni 2007 - 23:39

Ik ben bezig een practicum te ontwerpen om vloeistof snelheid te meten met een laser doppler systeem, ultieme doel is bloedsnelheid meten, maar aanvankelijk willen we een proof of concept hebben. Dus hebben we een slangetje waar water gemengd met calciumcarbonaat doorheen loopt, hier richten we een laser op en de weerkaatsing vangen we op met de photodiode. So far is er nog geen goed zichtbaar resultaat op de scope, dus we willen wat verbeteren maar weten niet zeker wat.
En hopelijk hangen hier wat mensen rond die wat praktische tips weten:p

een plaatje voor de duidelijkheid:
Geplaatste afbeelding

gebruik makend van de formule:

LaTeX

en met een snelheid van het water van ongeveer 0.4 m/s (ge-eikt via massastroom) verwachten we een dopplershift tussen de 50 en 200 khz (afhankelijk van de instelling van de hoek, puur theoretisch zou 0 ook nog kunnen maar zo precies kunnen we het niet opstellen)

Een aantal dingen die we (ik) ons afvragen en waar we vast mee zullen experimenteren:
Is de intensiteit van het originele lasersignaal nog hooggenoeg om merkbare interferentie te veroorzaken. (we verwachten dat het originele laserlicht ook gereflecteerd wordt via de (doorzichtige) buis waar de vloeistof door stroomt, dit dient als de referentie straal)
Door het snelheidsprofiel in de buis, en de grote van de laser spot en meerdere weerkaatsingen met verschillende deeltjes, is het mogelijk dat er een enorm groot scala aan dopplershifts en faseverschuivingen terugkaatsen dat er geen eenduidige interferentie signaal uit komt maar een enorm chaotisch signaal?
De photodiode die we gebruiken heeft een rise en fall time van 100ns, zou dit te laag?

Misschien dat er nog iemand een geniale ingeving heeft of een idee heeft om de signal to noise ratio te verbeteren. Tot die tijd gaan we weer verder klooien :D

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

bram2

    bram2


  • >250 berichten
  • 255 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 21 juni 2007 - 08:54

Hoe ga je een dopplershift meten met een photodiode? Die meet enkel de intensiteit van het licht.

Veranderd door bram2, 21 juni 2007 - 08:55


#3

Jocham

    Jocham


  • >25 berichten
  • 35 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 21 juni 2007 - 16:14

dmv interferentie met het originele laserlicht

De geÔnterfereerde golf heeft dan een frequentie van het verschil tussen de 2 frequenties.

De frequentie van een golf zo nauwkeurig meten is nogal ingewikkeld werk namelijk.

#4

bram2

    bram2


  • >250 berichten
  • 255 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 21 juni 2007 - 18:25

dmv interferentie met het originele laserlicht

De geÔnterfereerde golf heeft dan een frequentie van het verschil tussen de 2 frequenties.

De frequentie van een golf zo nauwkeurig meten is nogal ingewikkeld werk namelijk.



Ok, klopt. Zag dit niet in je figuur staan vandaar dat ik dacht dat je dit niet doorhad.


Ik denk niet dat je aan de uitgang van je detector een mooie sinus gaat krijgen van bv 200kHz. Als je hiervoor de toestellen ter beschikking hebt kun je eens proberen naar de spectrale inhoud van het signaal uit de photodetector te kijken. Je zou dan een piek moeten zien rond de 200kHz.

De 100 ns rise en fall time lijkt mij geen probleem. Ruim geschat zal de maximale snelheid van deze detector dus 10 MHz.

Probeer ook is in plaats van het gereflecteerde laserlicht naar de detector te sturen, het getransmiteerde laserlicht naar de detector te sturen. De sterkte van het interferentiesignaal is evenredig met de amplitude van de laser x amplitide van gescatterde licht.

#5

Jocham

    Jocham


  • >25 berichten
  • 35 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 22 juni 2007 - 18:29

Probeer ook is in plaats van het gereflecteerde laserlicht naar de detector te sturen, het getransmiteerde laserlicht naar de detector te sturen. De sterkte van het interferentiesignaal is evenredig met de amplitude van de laser x amplitide van gescatterde licht.


woei, dit was de gouden tip! :D de intensiteit van het getransmiteerde licht was een stuk hoger en het signaal uit de photodiode was een stuk beter. we hebben nu een mooi signaal met een frequentie afhankelijk van snelheid (jeej) :D

#6

Bart

    Bart


  • >5k berichten
  • 7224 berichten
  • VIP

Geplaatst op 24 juni 2007 - 11:19

Ik weet niet wat je niveau is en waar je woont, maar ik weet dat op de Rijksuniversiteit Groningen een Laser-doppler anemometry opstelling staat die door tweede-jaars studenten wordt gebruikt bij practica. Je kunt daar eens gaan kijken hoe die opstelling in elkaar zit (de opstelling daar werkt iets anders dan dat jij op het plaatje laat zien, maar heeft hetzelfde doel). Ik kan je eventueel in contact laten komen met iemand die je dat kan laten zien.
If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants.-- Isaac Newton

#7

DePurpereWolf

    DePurpereWolf


  • >5k berichten
  • 9240 berichten
  • VIP

Geplaatst op 26 juni 2007 - 21:55

Ik heb even naar je opstelling moeten turen, maar ben er niet uit gekomen. Ik heb even opgezocht naar laser-doppler anemometer, en hier is een goede link: http://www.efunda.co...flow_theory.cfm

Let ook vooral op de volgende opstelling:
Geplaatste afbeelding Je hebt altijd twee laserstralen nodig om de doppler-shift eruit te halen.

Bij de transmissie opstelling die je nu hebt zil je inderdaad wat fringes zien, maar ik ben niet zeker wat dat dan moet zijn.

#8

bram2

    bram2


  • >250 berichten
  • 255 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 26 juni 2007 - 22:16

Je hebt altijd twee laserstralen nodig om de doppler-shift eruit te halen.


Dit is inderdaad een andere mogelijke opstelling. De huidige opstelling gebruikt ook 2 laserstralen: die van de laser zelf en de gescatterde dopplergeshifte straal.

#9

Jocham

    Jocham


  • >25 berichten
  • 35 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 27 juni 2007 - 01:15

Ik heb even naar je opstelling moeten turen, maar ben er niet uit gekomen. Ik heb even opgezocht naar laser-doppler anemometer, en hier is een goede link: http://www.efunda.co...flow_theory.cfm

Let ook vooral op de volgende opstelling:
Geplaatste afbeelding Je hebt altijd twee laserstralen nodig om de doppler-shift eruit te halen.

Bij de transmissie opstelling die je nu hebt zil je inderdaad wat fringes zien, maar ik ben niet zeker wat dat dan moet zijn.

Persoonlijk vind ik die laser doppler methode maar een beetje een neppe laser doppler methode omdat hier niet gebruik gemaakt wordt van de frequentie shift door snelheid maar van een deeltje dat zich door een interferentiesignaal beweegt en daarom zo nu en dan licht "blokkeert" en dit levert natuurlijk een frequentie op de photodiode achter de buis. Waarom dit laser doppler genoemt wordt is mij ook een beetje raadsel eigenlijk.

Verder is dit project een soort van medisch fysisch project. Laser doppler wordt op deze manier toegepast om de bloedsnelheid te meten aangezien je niet echt achter je arm kan meten. Dus vandaar dat wij ook deze methode probeerden te gebruiken.

Ik weet niet wat je niveau is en waar je woont, maar ik weet dat op de Rijksuniversiteit Groningen een Laser-doppler anemometry opstelling staat die door tweede-jaars studenten wordt gebruikt bij practica. Je kunt daar eens gaan kijken hoe die opstelling in elkaar zit (de opstelling daar werkt iets anders dan dat jij op het plaatje laat zien, maar heeft hetzelfde doel). Ik kan je eventueel in contact laten komen met iemand die je dat kan laten zien.

Bart, bedankt voor het aanbod, het was erg leuk geweest om dit te zien. Echter was de opleverig van het project-je vandaag (of eigenlijk gister, het is ondertussen 2 uur 8-)).

Nadat we een werkende opstelling hadden ben ik 3 uur bezig geweest met het verzamelen van meetgegevens. dwz, datasequence van de scope op een usb stick opslaan. Echter de scope was nogal erg traag in het versturen van info naar de usb stick, dus die 3 uur bestond voor het grootste gedeelte uit gestaar naar de muur.

We hadden vandaag in ieder gevaal een mooie poster presentatie, waarin de relatie tussen frequentie en snelheid goed te zien was. Het waren eigenlijk initiele resultaten, dus er zaten nog wat afwijkende metingen tussen, mja dat heb je altijd met de eerste set metingen he :D
anyway, toch bedankt voor de reacties :D

#10

DePurpereWolf

    DePurpereWolf


  • >5k berichten
  • 9240 berichten
  • VIP

Geplaatst op 27 juni 2007 - 09:56

Ik zie gewoon niet hoe je een wisselend signaal krijgt door twee lasertralen te interfereren met elkaar.

Een normale laser-doppler interferometer werkt op twee manieren: Een is de plaats bepaling van je test object. Door een fase verschil van laser 1 en 2 kun je het verschil in afstand van weg 1 en weg 2 berekenen en zo de verplaatsing meten. Dit is het zogenoemde fringe counting, of ringen tellen.

De tweede manier is dus dat de ene lichtstraal een frequentie shift krijgt ten opzichte van de ander. Bij jou meting heb je beide effecten, je test object blijft gewoon niet op de juiste plaats staan, of je moet een heel goeie optische tafel hebben, en er is dus een beetje doppler shift. Mijn vraag is, hoe meet je de variate in frequentie, zonder dat je een variatie in fase meet.

#11

Jocham

    Jocham


  • >25 berichten
  • 35 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 27 juni 2007 - 11:16

De tweede manier is dus dat de ene lichtstraal een frequentie shift krijgt ten opzichte van de ander. Bij jou meting heb je beide effecten, je test object blijft gewoon niet op de juiste plaats staan, of je moet een heel goeie optische tafel hebben, en er is dus een beetje doppler shift. Mijn vraag is, hoe meet je de variate in frequentie, zonder dat je een variatie in fase meet.

Deze alinea begrijp ik niet, kan je deze toelichten?

#12

DePurpereWolf

    DePurpereWolf


  • >5k berichten
  • 9240 berichten
  • VIP

Geplaatst op 27 juni 2007 - 15:48

Je meet twee dingen, beweging en snelheid, doppler meet snelheid, beweging, bijvoorbeeld het trillen van de tafel word gemeten door een fase verschuiving.

Het meten van de faseverschuiving gaat makkelijk door de ringen te tellen van de twee laserstralen als ze samen op een punt vallen, hoe meet je het verschil in frequentie?

#13

Jocham

    Jocham


  • >25 berichten
  • 35 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 27 juni 2007 - 16:13

Ik zie niet in hoe er een fase verschuiving zou moeten ontstaan.
Het signaal blijft constant bij geen snelheid, dus effecten die ook meespelen zonder stroming (trillen van tafel) hebben geen effect.

De tafel waarop de opstelling staat is een optische tafel. Niet een heel goede overigens, maar de motor die de vloeistof aandrijft staat niet op de tafel. Dus deze levert geen trillingseffect.

#14

DePurpereWolf

    DePurpereWolf


  • >5k berichten
  • 9240 berichten
  • VIP

Geplaatst op 27 juni 2007 - 17:28

Dus als ik het goed begrijp heb je een laserstraal gericht op een vloeistof stroom en het getransmitteerde licht word opgevangen door een sensor.
Of is het toch iets anders.

#15

ArjanWiskerke

    ArjanWiskerke


  • 0 - 25 berichten
  • 1 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 13 juli 2011 - 09:16

Om de kleine Doppler verschuiving te kunnen meten heb moet je een hetrodine detectie toepassen om het te kunnen meten. Je kan de laserbundel in tweeŽn splitsen en in de stroming onder een kleine hoek laten samenkomen. Er komt dan een interferentiepatroon op het punt waar de bundels elkaar kruisen. Stofdeeltjes die door dit patroon bewegen zullen een frequentie uitzenden die overeenkomt met de snelheid gedeeld door de afstand tussen de strepen in het interferentiepatroon. Als het de formules goed invult zal je zien dat je precies hetzelfde krijgt als je de Doppler verschoven verstrooiing uit de bundels afzonderlijk mengt en dan de zweving uitrekent. Het is ook mogelijk om het Doppler verstrooide licht te mengen met een gedeelte van de bundel op de plaats van de detector. Je krijgt in dat geval interferentiepatronen die over de detector heen bewegen. In dit geval moet je een kleine detector hebben omdat er anders meerdere interferentiestrepen op de detector vallen die welliswaar over de detector heen bewegen maar geÔntegreerd hetzelfde signaal geven.

Veranderd door ArjanWiskerke, 13 juli 2011 - 09:27






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures