Photon Doppler Velocimetry – Um Processo Para Medir Velocidade

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sousa, Tomás Manuel Vaz de
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/10316/117824
Resumo: Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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This technique is widely used in applications involving high-speed velocity measurements, such as ballistic tests and controlled explosions.The main objective of this work is to calibrate a PDV system, based on the Doppler effect, that is easy to operate and capable of measuring both low and high velocities. The system was built using commercial telecommunications components, such as lasers, optical circulators, beam splitters, detectors, and optical fibers. The development included designing supports through CAD software (SolidWorks) and 3D printing them for efficient component testing. Additionally, a data analysis software was developed using MATLAB, with an emphasis on implementing Fast Fourier Transforms (FFT) for signal processing.During the experimental work, the PDV system was calibrated and tested in parallel with the Optical Active Method (OAM), a velocity measurement technique that allowed for comparison of the PDV results to ensure measurement accuracy. The experimental results demonstrated that the PDV system is capable of continuously measuring projectile velocity over approximately 4 mm, with speeds of up to 20 m/s, and relative errors of about 4%, which are within the expected limits for this technology.In conclusion, recommendations were made for future developments to improve the robustness of the components and the accuracy of the system. This work contributes to the advancement of PDV as a tool for velocity measurements, paving the way for new challenges and technological improvements in the field of high-precision metrology.Esta dissertação trata do desenvolvimento, caracterização e calibração de um sistema de Photon Doppler Velocimetry (PDV) para medições de velocidade em experimentos de alta precisão. O PDV utiliza o efeito Doppler para produzir a variação de frequência de um feixe de laser refletido por um alvo em movimento. A identificação da variação de frequência permite a determinação precisa da velocidade em função do tempo ou do espaço percorrido. Esta técnica é amplamente utilizada em aplicações que envolvem a medição de velocidades elevadas, como em ensaios balísticos e explosões controladas.O objetivo central do trabalho é calibrar um sistema de PDV, baseado no efeito Doppler, que seja de fácil operação e capaz de realizar medições em baixa e alta velocidade. O sistema foi construído utilizando componentes comerciais de telecomunicações, como lasers, circuladores óticos, divisores de feixe, detetores e fibras óticas. O desenvolvimento incluiu a conceção de suportes através de software CAD (SolidWorks) e a impressão 3D dos mesmos para testagem eficiente dos componentes. Além disso, foi desenvolvido um software de análise de dados utilizando a plataforma MATLAB, com ênfase na implementação de transformadas rápidas de Fourier (FFT) para o processamento dos sinais obtidos.Durante o trabalho experimental, o sistema PDV foi calibrado e testado em paralelo com o Método Ótico Ativo (OAM), uma técnica de medida de velocidade que permitiu comparar os resultados obtidos com o PDV e garantir a precisão das medições. Os resultados experimentais demonstraram que o sistema PDV é capaz de medir com precisão e de forma contínua, durante cerca de 4 mm, a velocidade de projéteisaté 20m/s, com erros relativos máximos de aproximadamente 4%, dentro dos limites esperados para esta tecnologia.No final, foram feitas recomendações para futuros desenvolvimentos no sentido de melhorar a robustez dos componentes e a precisão do sistema. O trabalho contribui para o avanço na utilização do PDV como ferramenta para medições de velocidade, abrindo caminho para novos desafios e melhorias tecnológicas no campo da metrologia de alta precisão.2024-09-272030-09-26T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/117824https://hdl.handle.net/10316/117824TID:203829611porSousa, Tomás Manuel Vaz deinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-04-22T01:16:17Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/117824Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:11:42.947365Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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