Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10316/85978
Title: Design and specification of a Particle Doppler Velocimeter for shock and detonation wave characterization
Other Titles: Design e especificação de um Particle Dopple Velocimeter para caracterização de ondas de detonação e choque
Authors: Rodrigues, João Filipe Teixeira Anacleto Lopes 
Orientador: Ribeiro, José Manuel Baranda Moreira da Silva
Keywords: Photon Doppler Velocimetry; Particle Doppler Velocimetry; Interferometria; Física de Choque; Tecnologia de Fibra Ótica; Particle Doppler Velocimetry; Photon Doppler Velocimetry; Interferometry; Shock Physics; Fibre Optics Technology
Issue Date: 26-Sep-2018
Serial title, monograph or event: Design and specification of a Particle Doppler Velocimeter for shock and detonation wave characterization
Place of publication or event: Departamento de Engenharia Mecânica / Imperial College of London
Abstract: Interferometria é a principal técnica de metrologia aplicada em física de choque. Velocidades de detonação e de partícula, medidas com resolução nanométrica, proporcionam resultados precisos utilizados para o cálculo de parâmetros chave para a caracterização da onda de detonação de choque. Particle/Photon Doppler Velocimetry (PDV) é um interferómetro de fibra ótica mais económico e de fácil uso, em relação aos seus predecessores. É utilizado para aplicações de tanto baixa como alta velocidade. Este trabalho engloba um design de PDV para a Universidade de Coimbra. A configuração do PDV e a especificação dos seus componentes é definido e minuciosamente justificado. O design do PDV é baseado em requerimentos definidos pelas aplicações desejadas (soldadura por explosão, testes de aceleração de placas planas e cilíndricas para caracterização de explosivos) e pela investigação de outros PDV publicada. A técnica de análise de dados é discutida com o objetivo de obter a melhor relação resolução de velocidade e temporal e com a escolha mais apropriada de window function para o algoritmo de transformada de Fourier. A experiência prática é descrita, juntamente com o PDV utilizado e a sua calibração. Os anexos resumem o design PDV, considera as perdas óticas previstas em cada componente e proporcionam uma estimativa de custo para um PDV de dois canais para a mesma aplicação.O design de PDV é severamente afetado economicamente pelo osciloscópio. O tipo de fibre end é demasiado dependente em aspetos práticos das experiências desejadas para dar uma resposta final. O design mede velocidade até 4 km/s com resolução de nanossegundos. Este trabalho é composto como um guia para qualquer tipo de PDV de geração um, iniciando em um contexto geral de seleção de componentes até à especificação baseada nos nossos requisitos.Upshifted PDV e multiplexing PDV são recomendados como possíveis evoluções do sistema, coincidindo com o atual estado da arte.
Interferometry is the main metrology technique applied in shock physics. The detonation and particle velocities measured with nanosecond resolution provide accurate results used for the calculation of key parameters to characterise the detonation shock wave. Particle/Photon Doppler Velocimetry (PDV) is a more affordable, easier to operate fibre optics interferometer than its predecessors, used for both low and high velocity experiments. This work was comprised to propose a PDV design for the University of Coimbra. The configuration of the PDV and the specification of its components is defined and thoroughly justified. The PDV design is based on requirements defined by the intended applications (explosive welding, cylinder and flyer plate tests for explosives characterisation) and research published on other PDV systems. The data analysis technique is also discussed as to obtain the maximum time-velocity resolution trade-off and select the appropriate window function of the Fourier transform algorithm. The gained practical experience is described and the used PDV detailed, along with the laser calibration. Annexes summarise the PDV design, account for expected power losses of each component and provide an estimated budget for a two channel PDV for the same application.The PDV design is severely hindered economically by the oscilloscope. The type of fibre end is too dependent on practical aspects of the experiments to provide a final response. The PDV design is prepared to measure particle velocities up to 4 km/s accurately with nanosecond resolution. This work is written as a guide for any type of generation one PDV design, starting from the general selection process to indicating the specifications of each component for the previously established requirements.Upshifted PDV and multiplexing PDV are recommended as possible upgrades of the system, coinciding with current state of the art.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: https://hdl.handle.net/10316/85978
Rights: openAccess
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