La velocimetría Doppler planar (PDV), también conocida como velocimetría global Doppler (DGV), determina la velocidad del flujo a través de un plano midiendo el desplazamiento Doppler en la frecuencia de la luz dispersada por las partículas contenidas en el flujo. El desplazamiento Doppler, Δf d , está relacionado con la velocidad del fluido. El desplazamiento de frecuencia relativamente pequeño (del orden de 1 GHz) se discrimina utilizando un filtro de vapor atómico o molecular. Este enfoque es conceptualmente similar a lo que ahora se conoce como dispersión de Rayleigh filtrada (Miles y Lempert, 1990).
Hasta ahora, un instrumento PDV típico de un componente utiliza un láser Nd:YAG con inyección pulsada , una o dos cámaras CCD de grado científico y un filtro de yodo molecular. El láser se utiliza para iluminar un plano del flujo con luz de ancho de línea espectral estrecho . La luz dispersa desplazada por Doppler se divide luego en dos caminos utilizando un divisor de haz y se proyecta en la(s) cámara(s). De esta manera, la absorción absoluta de la luz dispersa, a medida que pasa a través de una celda de yodo colocada en uno de los caminos del haz, se mide en cada ubicación espacial dentro del plano del objeto. Para la dispersión por partículas relativamente grandes (es decir, dispersión de Mie ), esta absorción es una función de la velocidad de la partícula únicamente. Se han desarrollado algoritmos precisos de calibración y mapeo de imágenes con el resultado de que son posibles precisiones de velocidad de ~1–2 m/s. Se pueden encontrar más detalles sobre la historia de PDV, el arte de su aplicación y los avances recientes en los artículos de revisión exhaustivos de Elliott y Beutner (1999) y Samimy y Wernet (2000).
El PDV es muy adecuado para mediciones de flujo de alta velocidad en las que las preocupaciones sobre la siembra de partículas hacen que el PIV sea poco práctico. Aunque el PDV requiere que las partículas dispersen la luz, no es necesario obtener imágenes de partículas individuales, lo que permite el uso de partículas semilla mucho más pequeñas y hace que las mediciones sean menos sensibles a la densidad de las partículas semilla. Por ejemplo, en algunas instalaciones de flujo supersónico sin calefacción es posible utilizar la condensación de un vapor, como agua, acetona o etanol, para producir partículas semilla en el flujo. Se ha estimado que las partículas formadas mediante este método, conocido como formación de producto, tienen un diámetro de aproximadamente 50 micrómetros.
A diferencia de PIV, PDV requiere solo una única imagen del campo de flujo. Esta imagen puede tomarse durante un período prolongado (en relación con las escalas de tiempo características dentro del flujo) para producir imágenes promediadas en el tiempo o, alternativamente, usar un solo pulso láser (aproximadamente 10 ns) para obtener una medición de las velocidades de flujo instantáneas. La duración de un solo pulso láser es al menos un orden de magnitud más corta que las separaciones de pulsos utilizadas en PIV. Esta característica de PDV permite una mejor resolución de discontinuidades de velocidad agudas, como las ondas de choque .
Además, el PDV tiene una resolución inherentemente más alta que el PIV (donde se utilizan pequeñas subregiones de la imagen para determinar la velocidad, típicamente 16 x 16 píxeles) y se puede obtener una medición de velocidad para cada píxel dentro de la imagen de flujo. Sin embargo, particularmente en el caso de la medición instantánea utilizando PDV, se utiliza cierta agrupación de píxeles para atenuar los efectos nocivos del moteado del láser y mejorar la relación señal-ruido .
La principal debilidad del PDV es la compleja configuración óptica necesaria para obtener mediciones precisas. Para cada componente de la velocidad, se requieren dos imágenes (señal y referencia), lo que normalmente requiere dos cámaras. Por lo tanto, para obtener los tres componentes de la velocidad, se requiere el uso simultáneo de hasta seis cámaras, aunque el trabajo reciente de Charrett et al. (2006) y Hawkes et al. (2004) ha permitido progresivamente que el número de cámaras necesarias pase de seis a una sola cámara. Además, el láser utilizado para las mediciones debe tener un ancho de línea estrecho, lo que normalmente se realiza mediante la siembra de inyección de la cavidad láser . Incluso con la siembra, la frecuencia del láser puede fluctuar con el tiempo y debe ser monitoreada. Esto introduce una complejidad adicional a la configuración experimental. Los sistemas PDV, aunque se utilizan en muchos laboratorios, aún no están disponibles comercialmente y pueden ser bastante costosos (equipo, procesamiento de datos , experiencia, mano de obra, etc.) si se construyen desde cero.