TP Anémométrie Doppler Laser (LDA)

L’Anémométrie Laser Doppler (LDA) est une technique sans contact pour la mesure de vitesses. Son principe est basé sur le phénomène du décalage de fréquence Doppler de la lumière (laser) diffusée par des particules en mouvement.

Le décalage de fréquence est directement lié à la vitesse des particules, ce qui en fait une technique de mesure absolue qui ne nécessite aucun étalonnage.

Ce kit nécessite des réglages et des alignements optiques soignés afin d’obtenir un contraste le plus élevé possible au niveau des battements. Cependant, en cas de signaux dégradés, la fréquence de battement peut néanmoins être estimée soit en mesurant l’écart temporel des oscillations, soit par la fonction de transformation de Fourier rapide de
l’oscilloscope.

Thèmes abordés :
- Décalage Doppler, mesure de vitesse
- Interférences à 2 ondes, diffusion de la lumière
- Taille des particules, disque dépoli ou avec des rayures
- Influence de la focalisation sur les battements
- Transformée de Fourier

Principes et objectifs :
L’objectif de ce kit est de montrer et d’étudier le principe de fonctionnement d’un Anémomètre Doppler Laser (LDA). En général, cette technique est utilisée pour déterminer la vitesse d’un écoulement (air ou liquide).
Dans l’expérience proposée, un faisceau laser est divisé en deux rayons cohérents qui vont se croiser et interférer au niveau du point de mesure pour donner naissance à un réseau de franges brillantes et sombres périodiquement espacées.
Un disque acrylique en rotation est placé dans cette zone de mesure. Les particules de poussière collées sur la surface du disque permettent la diffusion de la lumière. Lorsque la particule traverse une zone claire du champ d’interférences, elle réfléchit la lumière … puis lorsqu’elle traverse une zone sombre, elle ne la réfléchit plus. Au final, un détecteur collecte un signal périodique dont la fréquence permet de déduire la vitesse des particules et donc celle de la rotation angulaire du disque.
L’amplitude de modulation dépend de la taille des particules et des conclusions semi-quantitatives pourront être tirées.
Une autre application concerne la mesure de la vitesse d’un écoulement liquide traversant une cellule reliée à une petite pompe.

Composition :
▪ 1 rail optique 0,8 m, avec règle graduée
▪ 1 diode laser en monture avec ajustement et support sur cavalier
▪ 1 contrôleur de diode laser avec oscilloscope intégré
▪ 1 filtre atténuateur variable pour avec support sur cavalier
▪ 1 séparateur de faisceau et optique de re-direction avec support sur cavalier
▪ 1 optique de focalisation avec support sur cavalier
▪ 1 système de rotation motorisé avec disques de dispersion en acrylique sur support
▪ 1 contrôleur du système de rotation
▪ 1 lentille de collimation avec support sur cavalier
▪ 1 photodiode avec support sur cavalier
▪ 1 notice d’expériences (en anglais)