激光多普勒测速光纤光路

激光多普勒测速技术..

统和信号处理器方面有了很大的发展。光束扩展，空间滤波，偏振分离，频率分离，光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。（3）1981年至今。在此期间，应用研究得到快速发展。
福建农林大学交通学院 2007级物流管理2班徐建福
激光多普勒测速技术的原理
激光测速的原理大致是这样：激光束射向流动着的粒子，粒子发出的散射光的
在测纯净的水或空气速度时，必须由人工掺入适当的粒子作散射中心。被测流体要有一定的透明度，管道要有透明窗口。
激光多普勒测速技术的特点
尽管如此，这种测速方法所具有的优越性，使它在许多场合成为一种
必不可少的检测手段。多年的研究使多普勒测速仪技术得以迅速发展，从
不能辨别流向到可以辨别流向，从一维测量发展到多维测量，围绕这一技术的基本原理、设计方法和应用技术，学者们曾在有关杂志及重大国际会议上发表了许多论文。早在七十年代就有重要著作面世，而且它的应用面也不断扩大，从流体测速到固体测速，从单相流到多相流，从流体力学实验室速度场测量到实际上较远距离的大气风速测量，从一般气、液体速度测量到人体血管中血流速度测量，其应用范围有了极大的扩展。反过来，各类应用对这一测速技术及测速仪器也提出许多更新更高的要求。
频率改变了，通过光电装置测出频率的变
化，就测得了粒子的速度，也就是流动的
速度。
5
激光多普勒测速技术的原理
6
激光多普勒测速技术的原理
7
激光多普勒测速技术的特点
优点
速度方向的灵敏度好测量精度高
空间分辨率极高，测量量程大属于非接触测量，动态响应快
激光多普勒测速技术的特点
（1）属于非接触测量：激光束的交点就是测
激光多普勒测速技术
学院：机械工程学院

激光多普勒测速

（1）波源和观察者相对于介质是静止的（u=0，v=0），观察者接收到的频率即为波源原有的频率，即f= f0
（2）波源不动，观察者以速度v相对于介质运动
(u=0，v 0)，观察者接收到的频率为观察者背离波源取负号。
f
V v

(1

v V
)
f
0
（3）观察者不动，波源以速度u相对于介质运动（
这种在迭加区域出现的光强稳定的强弱分布的现象称为光的干涉。在观察时间内，P点平均光强为：
I 1

Id
0

E021

E022

2 E01 E02
1

cosd
0
பைடு நூலகம்
如果在观察时间内，各个时刻到达的两束光波迅速而无规
则地变化，多次经理0~2之间的一切值，则，
1

0
cosd
intensity points
DL
F
1
0 1/e 2 z
x
y
X
Transmitting System
Z
Y X Intensity
Distribution
Z Measurement Volume Y
Measurement Volume
Length:
4F

z

E
DL
sin
2

5-9 激光多普勒流速仪测速
1．概述-激光特性与应用
激光是完全新颖的光源，它以高亮度（比太阳光亮1010倍）、高纯度（单色性，比氪灯纯上万倍）、高方向性（既相干性）而著称。因为普通光源向4立体角发散，而激光的发散角只有10-6rad，因而单位立体角单位面积的输出功率就特别大。

激光多普勒测速仪介绍(LDV)讲解

激光多普勒测速仪
1 激光多普勒测速仪概念
激光多普勒测速仪(LDV: Laser Doppler Velocimetry，是应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种
仪器，它具有线性特性与非接触测量的优点，并且精度高、动态响应快。

由于它大多数用在流动测量方面，国外习惯称它为激光多普勒风
速仪（Laser Doppler Anemometer，LDA，或激光测速仪或激光流速仪（Laser Velocimetry，LV的。

示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。

因此它实际上测的是微粒的运动速
度，同流体的速度并不完全一样。

幸运的是，大多数的自然微粒（空
气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动。

如果需要人工播种，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性
和LDV测量的要求。

激光多普勒测速

激光多普勒测速1.引言激光多普勒测速技术是伴随着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术，它是利用激光的多普勒效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术，广泛应用于军事，航空，航天，机械，能源，冶金，水利，钢铁，计量，医学，环保等领域[1-2]。

激光多普勒测速仪是利用激光多普勒效应来测量流体或固体运动速度的一种仪器，通常由五个部分组成：激光器，入射光学单元，接收或收集光学单元，多普勒信号处理器和数据处理系统或数据处理器，主要优点在于非接触测量，线性特性，较高的空间分辨率和快速动态响应，采用近代光-电子学和微处理机技术的LDV系统，可以比较容易地实现二维，三维等流动的测量，并获得各种复杂流动结构的定量信息。

由于上述潜在的独特功能，激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其他学科的研究工作者去研究和解决这些问题，使激光测速技术得到飞速发展，成为流动测量实验的有力工具。

激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段[1-3]。

第一个阶段是1964 – 1972 年，这是激光测速发展的初期。

在此期间，大多数的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便；第二个阶段是1973 – 1980 年，在此期间，激光测速在光学系统和信号处理器方面有了很大的发展。

光束扩展，空间滤波，偏振分离，频率分离，光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。

从1980年到现在，激光测速进入了第三个阶段。

在此期间，应用研究得到快速发展。

在发表的论文中，有关流动研究的论文急剧增加。

多维系统，光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把激光多普勒技术推向更高水平，使用调整更加方便。

此外，半导体激光器的应用是其小型化成为可能，推动激光多普勒测速走出实验室，迈向工业和现场应用。

激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础，当光源和运动物体发生相对运动时，从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移，这个频移量的大小与运动物体的速度，入射光和速度方向的夹角都有关系[1]。

激光多普勒测速仪介绍(LDV)

激光多普勒测速仪1 激光多普勒测速仪概念激光多普勒测速仪(LDV: Laser Doppler Velocimetry)，是应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种仪器，它具有线性特性与非接触测量的优点，并且精度高、动态响应快。

由于它大多数用在流动测量方面，国外习惯称它为激光多普勒风速仪（Laser Doppler Anemometer，LDA)，或激光测速仪或激光流速仪（Laser Velocimetry，LV)的。

示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。

因此它实际上测的是微粒的运动速度，同流体的速度并不完全一样。

幸运的是，大多数的自然微粒（空气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动。

如果需要人工播种，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性和LDV测量的要求。

图1 德国elovis激光多普勒测速仪2 激光多普勒测速仪组成（1）激光器（2）入射光学单元（3）频移系统（4）接受光学单元（5）数据处理器3 激光多普勒测速仪基本原理仪器发射一定频率的超声波，由于多普勒效应的存在，当被测物体移动时（不管是靠近你还是远离你）反射回来波的频率发生变化，回收的频率是(声速±物体移动速度)/波长，由于和波长都可以事先测出来（声速会随温度变化有所变化，不过可以依靠数学修正），只要将回收的频率经过频率-电压转换后，与原始数据进行比较和计算后，就可以推断出被测物体的运动速度。

图2 激光多普勒测速仪基本原理图4 激光多普勒测速仪特点和应用1）激光多普勒测量仪应用多普勒频差效应的原理，结构紧凑、重量轻、容易安装操作、容易对光调校；2）激光多普勒测量仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等。

3）激光多普勒测量仪既可以对几十米甚至上百米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等的微小运动进行精密测量；既可以对几何量如长度、角度、直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。

Dantec 激光多普勒测速仪(LDA)原理说明书

The probe and the probe volume.激光多普勒测速仪（LDA ）原理简介激光多普勒测速仪是Dantec 公司最先采用多普勒原理，对一维到三维流动速度和粒子浓度进行同步、无接触实时测量的世界顶尖测量仪器。

它可以对以超音速、几乎静止不动或环流湍流中作反向流动的特性进行测量。

原理由布拉格单元输出的两束强度相同的光，其中一束被加了一个频移。

这两束光通过聚焦进入光纤，然后被传输到探头。

这些光经过一个聚焦透镜在探测体内相交于一点。

在探测体内，由于光的干涉现象，光的强度被调整而产生干涉条纹。

干涉条纹的距离是由激光的波长和两光束的角度决定的：()2/sin 2θλτ=d当流体流过探测体时，流动速度信息来自于流体中所带的微小“播种”粒子的散射光。

散射光中包含了一个多普勒频移，它与和这两个光束等分线垂直的速度分量成比例，X 轴的分量如图所示。

光电探测器把光强度的波动转化成电信号，即多普勒脉冲。

多普勒脉冲在信号处理器中被过滤和放大，然后经过频率分析（诸如快速傅立叶变换）确定多普勒频率。

干涉条纹的距离提供了粒子运动距离的信息；多普勒频率提供了时间信息；由于速度等于距离除以时间，即距离乘以频率，从而可以获得粒子的速度信息。

值得说明的是，Dantec 公司的LDA 系统可以很容易得升级成用于两相流动测量的相位多普勒测量系统（PDA ）Doppler frequency to velocity transfer function fora frequency shifted LDA systemAir vortex measured by FlowExplorer流体速度和湍流测量——FlowExplorer激光多普勒测速仪精确的流体速度测量FlowExplorer是一个高集成度高精度的激光多普勒（LDA）流体测量系统，可用于流体和湍流的研究。

FlowExplorer系统可以测量单一速度分量或者同时测量两个方向的速度分量。

激光多普勒测速讲解

t ccw
L 1 2 c c
r dl
图6-37 环形干涉仪的Sagnac 效应
二者之差为
t 2 r dl 2 2 c t 2 1 c S r dl 2
4S 2 4S r d l r d l L tc c2 c2 c
12
光纤陀螺
光纤陀螺也是基于Sagnac效应。以长度为的光纤绕成直径为的由个圆圈组成的光纤圈，其直径和圆面积可以分别表示为：
L D N
L2 S 4 4N 2
D 2
光程差则可以表示为
L
4SN LD c c
提高测角精度的方法：加大直径、增加圈数。实用的环形激光测角采用光纤陀螺仪。
光的频率
νs
4
差频法测速
可分为两类：参考光束型多普勒测速：检测散射光和入射光之间的频移（多普勒频移）；双散射光束型多普勒测速：检测两束散射光之间的频差（多普勒频差）。
5
参考光束型多普勒测速
图6-32所示为参考光束型测速方法的光路的原理图
设 Ei (t ) 和 ES (t ) 分别表示参考光和散射光的电矢量的瞬时值则
3
静止接收器上接收到的运动微粒散射光的频率
如图6-31所示，因此在S处接收到的散射光的频率应为 υ es υ ei υ es νs νQ (1 ) νi (1 )(1 ) c c c υ νi (es ei )νi c 常采用差频法测量多普勒频移。即将入射光与散射光混频，两束光“混频”产生的拍频信号的频率就是多普勒频移。图6-31 S处接收到的微粒Q散射

激光多普勒测速实验教程

激光多普勒测速实验教程
一、实验概述
激光多普勒测速实验是一种常用的测速方法，通过测量目标物体表面反射回来的激光光束频率变化，从而得出目标物体的速度。

本实验将介绍激光多普勒测速的原理、实验装置搭建、实验步骤及注意事项。

二、实验原理
激光多普勒效应是指当激光束照射到运动的物体表面时，反射回来的光束频率会因为物体运动而发生变化。

根据多普勒效应公式，可以得出：
$$f_r = f_0 \\cdot \\left(1 + \\frac{v}{c} \\cdot \\cos\\theta\\right)$$
其中，f r为接收到的激光频率，f0为激光发射频率，v为物体运动速度，c为光速，$\\theta$为激光与物体运动方向的夹角。

三、实验装置
该实验所需装置包括： - 激光发射器 - 激光接收器 - 反射镜 - 运动平台 - 计算机
四、实验步骤
1.将激光发射器和激光接收器固定在实验台上，使其间距一定。

2.在运动平台上放置反射镜，调整反射镜位置，使激光光束正好反射回
激光接收器。

3.启动激光发射器，发射激光光束照射到运动平台上的反射镜。

4.记录激光接收器接收到的频率数据，并测量反射镜在运动平台上的速
度。

5.利用多普勒效应公式计算出反射镜的运动速度，与实际测得的速度进
行对比。

五、注意事项
1.实验中需注意激光光束安全，避免直接照射眼睛。

2.反射镜位置调整需准确，确保激光正好反射回激光接收器。

3.实验过程中要小心操作，避免损坏实验装置。

通过本实验，可以深入了解激光多普勒测速的原理与应用，提高实验操作能力和理论水平。

激光多普勒测速实验教程

激光多普勒测速实验教程在科学研究和工程实践中，激光多普勒测速技术被广泛应用于测量目标物体的速度和位移。

本文将介绍激光多普勒测速的基本原理、实验装置搭建步骤和实验操作流程，帮助读者了解该技术的应用和实验方法。

1. 概述激光多普勒测速是利用多普勒效应来测量目标物体相对于激光束的速度的技术。

当激光束照射到运动的物体上，如果物体沿激光束的方向运动，就会出现多普勒频移现象。

通过测量多普勒频移，可以计算出物体的速度和运动方向。

2. 实验装置搭建步骤2.1 材料准备•一台激光器•一个光电探测器•一台信号处理器•一根光纤•一个运动的目标物体2.2 搭建步骤1.将激光器和光电探测器分别固定在实验台上，使激光束可以直线照射到目标物体上。

2.将信号处理器连接到光电探测器输出端。

3.将光纤连接激光器和光电探测器，确保信号传输畅通。

4.调整激光束和目标物体的位置，使其正对光电探测器。

3. 实验操作流程3.1 校准1.打开激光器和信号处理器，初始化设备。

2.调整激光束位置，确保准确照射到目标物体上。

3.根据实验需要，设置信号处理器的参数，包括灵敏度和采样频率等。

3.2 实验操作1.将目标物体放置在激光束前方，并启动其运动。

2.通过信号处理器读取激光多普勒信号。

3.记录和分析信号数据，计算出目标物体的速度和运动方向。

4.反复进行多组实验，验证实验结果的准确性。

4. 结论通过本实验教程的学习，读者可以掌握激光多普勒测速技术的基本原理和实验方法，了解其在速度测量领域的应用和意义。

激光多普勒测速技术在工业、交通等领域具有广泛的应用前景，值得进一步深入研究和探索。

以上是激光多普勒测速实验教程的全部内容，希望对读者对该技术有所帮助。

光子多普勒测速和激光多普勒测速

光子多普勒测速和激光多普勒测速
光子多普勒测速和激光多普勒测速是现代科技中常用的速度测量方法。

它们通过不同的原理和技术手段来实现对目标物体的速度测量，具有高精度、高灵敏度的特点，被广泛应用于交通运输、航空航天、物理实验等领域。

光子多普勒测速是一种利用光子的多普勒效应来测量目标物体速度的技术。

当光线照射到运动的物体上时，由于物体的运动会引起光的频率发生变化，即频率偏移。

根据多普勒效应的原理，我们可以通过测量光的频率偏移来计算目标物体的速度。

光子多普勒测速具有非接触式测量、高精度、高灵敏度等优点，适用于对速度变化较快的目标进行测量。

激光多普勒测速是一种利用激光束的多普勒效应来测量目标物体速度的技术。

它通过发射一束激光束并接收被目标物体散射回来的激光信号，利用多普勒效应的原理来计算目标物体的速度。

激光多普勒测速具有高分辨率、高测量精度、快速响应等特点，被广泛应用于交通监控、雷达测速等领域。

虽然光子多普勒测速和激光多普勒测速有着不同的原理和技术手段，但它们都能够准确地测量目标物体的速度。

在实际应用中，我们可以根据需求选择合适的测速方法。

无论是光子多普勒测速还是激光多普勒测速，都能够为我们提供准确可靠的速度数据，以保障交通安全、提高科研实验的精度，为人类的生活和发展做出重要贡献。

光子多普勒测速和激光多普勒测速是现代科技中常用的速度测量方法。

它们通过不同的原理和技术手段来实现对目标物体的速度测量，具有高精度、高灵敏度的特点，被广泛应用于交通运输、航空航天、物理实验等领域。

无论是光子多普勒测速还是激光多普勒测速，都能够为我们提供准确可靠的速度数据，以推动人类社会的发展。

激光多普勒测速讲解PPT课件

νs1 νs 2
νi νi
υ
c
υ
c
(es
(es
ei1)νi
ei2 )νi
νDs
υ
c
(ei2
ei1)νi
应用前面的推导 νDs
2u i
sin
2
或u
iνDs 2 sin
2
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血液流速的测量
➢ 图6-34是激光多普勒显微镜光路图
8
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（多普勒频移）； ➢ 双散射光束型多普勒测速：检测两束散射光之间的频差
（多普勒频差）。
4
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参考光束型多普勒测速
图6-32所示为参考光束型测速方法的光路的原理图
设 Ei (t) 和ES (t) 分别表示参考光和散射光的电矢量的瞬时值则
Ei t Ei exp j2νit i ES t ESexp j2νSt S
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其它激光器
准分子激光器：(如ArF，193nm，用于光刻机) 自由电子激光器：工作物质是自由电子束，利用电子加速器。 ➢ 输出的激光波长可在相当宽的范围内连续调谐，原则上可从厘米波一直调谐到真空紫外。 ➢ 可以获得极高的光功率输出。 ➢ 将在激光分离同位素、激光核聚变、光化学、激光光谱和激光武器等方面有着重大的应用前景。目前，自由电子激光器仍处于试验阶段。化学激光器：将化学能直接转换成激光、输出的激光波长丰富、高功率、高能量激光输出。光纤激光器。
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固体激光器
固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器。常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石(Nd3＋:YAG)等三种。固体激光器的特点：输出能量大(可达数万焦耳)，峰值功率高 (连续功率可达数千瓦，脉冲峰值功率可达千兆瓦、几十太瓦)，结构紧凑，牢固耐用。广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面，例如打孔、焊接、划片、微调、激光测距、雷达、制导、激光视网膜凝结、全息照相、激光存储、大容量通信等。

激光多普勒测速剖析

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激光多普勒测速技术
姓名：学号：学院：能源与动力工程专业：工程热物理
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主要内容
1.激光多普勒测速.激光多普勒测速的信号处理 4.激光多普勒测速的技术应用
5.扩展光束型多普勒测量系统
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1.激光多普勒测速的基本原理
光学多普勒效应就是：当光源与光接收器之间存在相对运动时，发射光波与接收光波之间会产生频率偏移，其大小与光源和光接收器之间的相对速度有关。运动粒子P以速度u 通过测量区域时，粒子相对于入射光来说是运动的，即光源静止，接收器运动；而相对于光电探测器来说，运动粒子的散射光相对于探测器是运动的，即光源运动，接收器静止。
r ----费米能级
图10 不同材料能带分布图
13/23
4.激光多普勒测速的技术应用
激光多普勒测速具有许多优点，它广泛地应用于空气动力学和流体力学，用来测量风洞、水筒、水工模型、射流元件等各场合中流体的流场分布和有关的物理参量，它也适用于边界层流体的测量和二相流的测量。近来，已能测量亚音速、超音速喷气流的速度，所以被用来研究喷气过程、燃烧过程，为燃气轮机、气缸、锅炉、原子能反应堆等方面的设计研究提供了实验数据和测试结果。
特点：参考光模式的光学单元具有结构紧凑、调节方便和使用灵活的优点。
7/23
图中所示是单光束一双散射模式，一束人射激光束直接聚焦于测量点上，该入射光束在两个不同方向上散射，两束散射光进行光外差而得到多普勒频移。如图3所示，两支对称的散射光束通过置于大透镜前的双孔光阑，其余的散射光则被遮挡住，然后，两支散射光被光束分离器结合成单光束，然后在光电检测器中进行光外差。
图16 信号处理结构图
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激光多普勒测速

激光多普勒测速1.引言激光多普勒测速技术是伴随着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术，它是利用激光的多普勒效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术，广泛应用于军事，航空，航天，机械，能源，冶金，水利，钢铁，计量，医学，环保等领域[1-2]。

激光多普勒测速仪是利用激光多普勒效应来测量流体或固体运动速度的一种仪器，通常由五个部分组成：激光器，入射光学单元，接收或收集光学单元，多普勒信号处理器和数据处理系统或数据处理器，主要优点在于非接触测量，线性特性，较高的空间分辨率和快速动态响应，采用近代光-电子学和微处理机技术的LDV系统，可以比较容易地实现二维，三维等流动的测量，并获得各种复杂流动结构的定量信息。

由于上述潜在的独特功能，激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其他学科的研究工作者去研究和解决这些问题，使激光测速技术得到飞速发展，成为流动测量实验的有力工具。

激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段[1-3]。

第一个阶段是1964 – 1972 年，这是激光测速发展的初期。

在此期间，大多数的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便；第二个阶段是1973 – 1980 年，在此期间，激光测速在光学系统和信号处理器方面有了很大的发展。

光束扩展，空间滤波，偏振分离，频率分离，光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。

从1980年到现在，激光测速进入了第三个阶段。

在此期间，应用研究得到快速发展。

在发表的论文中，有关流动研究的论文急剧增加。

多维系统，光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把激光多普勒技术推向更高水平，使用调整更加方便。

此外，半导体激光器的应用是其小型化成为可能，推动激光多普勒测速走出实验室，迈向工业和现场应用。

激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础，当光源和运动物体发生相对运动时，从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移，这个频移量的大小与运动物体的速度，入射光和速度方向的夹角都有关系[1]。

激光多普勒测速..

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2.激光多普勒测速的光路模式
图中所示是参考光模式，激光经分光镜分成两束光，其中一束是弱光用作参考光，另一束是强光用作照射光束，它们聚焦到测量区。光电检测器接受参考光，同时接受另一束照射光束经过粒子散射在同一方向上的散射光，它们在光电检测器件中进行光外差，从而得到多普勒频移。为了使参考光和散射光强度基本相近，必须使参考光减弱。通常参考光束和照射光束的光强比为1：9左右，这里可以用中性滤光片来减弱参考光，或者选择合适的分光镜的分光比来实现。
f D f S fo fo 1

u (es e0 ) c
4/23

u (es eo )
当入射光、散射光和速度方向布置成如图所示的那样，就可以得到简单的多普勒平移表达式：
fD
2 sin / 2

uy
图2 多普勒测速特殊布置图中θ为入射光方向与接收光方向的夹角，粒子的速度投影到该夹 5/23 角一半的垂直线方向上即得到 u y 。

图1 运动粒子的散射光
3/23
根据相对论，运动微粒P接收到的光波频率fP与光源频率fo之间的关系为

f P f o (1
u e0 ) c
静止的光检测器接收到粒子散射光的频率fS为
f S f P (1
u es ) c

光检测器接收到的光波频率与入射光波频率之差称为多普勒频移，用 fD表示，则
特点：双光束一双散射模式是目前应用最广泛的光路模式。它的多普勒频移只取决于两束入射光方向，而与散射光方向无关，这是该模式的重要特点。因为光接收器可以放在任意位置，而且可以采用大的收集立体角以提高散射光功率。入射光系统可制成集成化光学单元，大大提高了 9/23 光学系统的稳固性和易调准性。

激光多普勒测速实验报告

.研究生专业实验报告实验项目名称：LDV激光多普勒测速实验学号：20141002042姓名：张薇指导教师：唐经文动力工程学院LDV激光多普勒测速实验一、实验目的应用激光测量流体的流速，是六十年代迅速发展起来的一种新的测速方法。

它和过去应用的传统的测速仪器，如皮托管、旋浆式流速仪、热线式风速仪等相比，有如下几个主要优点：无接触测量，不干扰流场；测速范围广（4秒104米105-⨯-）；空间分辨率高；动态响应快。

特别是对高速流体、恶性（如：酸性、碱性、高温等）流体、狭窄流场、湍流、紊流边界层等的测量方面，显示出传统方法无法比拟的优点。

本实验要求在熟悉激光测速光学系统和信号处理基本原理的基础上，应用实验室的频移型二维激光测速仪测量一个具有分离、再附、旋涡和高湍流度的复杂流场，了解这种流场中平均速度、速度直方图、湍流度和雷诺应力等湍流参数在主流区、回流区、剪切层和边界层等区域的不同特征，以及激光测速在测量复杂湍流流动方面的功能和优点有着重要的实验意义。

二、实验设备图1：激光多普勒测速仪图2：实验模型结构尺寸图3：实验系统图三、实验原理和方法激光多普勒测速仪，英文缩写是流体流速测量的光学方法之一，是利用光学多普勒效应。

即当激光照射运动着的流体时，激光被跟随流体运动的粒子所散射，散射光的频率将发生变化，它和入射激光的频率之差称为多普勒频差或多普勒拍频。

这个频差正比于流速，所以测出多普勒频差，就测得了流体的速度。

实际接收到的多普勒信号，是包含有各种各样噪声的信号。

例如光电倍增管带来的信号散粒噪声，暗电流散粒噪声，背景光噪声，热噪声，以及其他测量仪器带来的噪声等。

同时，多普勒信号还是一个调制信号，由于各种原因，使多普勒频带加宽。

例如，振幅调制，散射粒子受布朗运动影响，散射粒子通过探测体积所需要的渡越时间，多粒子进入探测体积初位相的不同，激光束的角扩散及速度梯度等原因，都会引起多普勒频带的加宽。

为了尽量减小噪声和带宽，以及从具有一定的噪声和带宽的信号中，取出反映流速的“有用”信号，必须选择合适的信号处理装置，对多普勒信号进行处理。

激光多普勒测速仪介绍(LDV)讲解

激光多普勒测速仪1 激光多普勒测速仪概念激光多普勒测速仪(LDV: Laser Doppler Velocimetry，是应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种仪器，它具有线性特性与非接触测量的优点，并且精度高、动态响应快。

由于它大多数用在流动测量方面，国外习惯称它为激光多普勒风速仪（Laser Doppler Anemometer，LDA，或激光测速仪或激光流速仪（Laser Velocimetry，LV的。

示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。

因此它实际上测的是微粒的运动速度，同流体的速度并不完全一样。

幸运的是，大多数的自然微粒（空气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动。

如果需要人工播种，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性和LDV测量的要求。

图1 德国elovis激光多普勒测速仪2 激光多普勒测速仪组成（1）激光器（2）入射光学单元（3）频移系统（4）接受光学单元（5）数据处理器3 激光多普勒测速仪基本原理仪器发射一定频率的超声波，由于多普勒效应的存在，当被测物体移动时（不管是靠近你还是远离你）反射回来波的频率发生变化，回收的频率是(声速±物体移动速度/波长，由于和波长都可以事先测出来（声速会随温度变化有所变化，不过可以依靠数学修正），只要将回收的频率经过频率-电压转换后，与原始数据进行比较和计算后，就可以推断出被测物体的运动速度。

图2 激光多普勒测速仪基本原理图4 激光多普勒测速仪特点和应用1）激光多普勒测量仪应用多普勒频差效应的原理，结构紧凑、重量轻、容易安装操作、容易对光调校；2）激光多普勒测量仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等。

3）激光多普勒测量仪既可以对几十米甚至上百米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等的微小运动进行精密测量；既可以对几何量如长度、角度、直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。

激光多普勒测速实验报告

一、实验目的1. 了解激光多普勒测速的原理和基本方法；2. 掌握激光多普勒测速仪的使用和操作；3. 学会分析实验数据，验证实验结果。

二、实验原理激光多普勒测速（Laser Doppler Velocimetry，LDV）是一种非接触式、高精度的速度测量技术。

其原理基于多普勒效应，当激光束照射到运动物体上时，反射光或散射光的频率会发生变化，这种变化与物体运动速度成正比。

实验中，激光多普勒测速仪发射一束激光，经透镜聚焦后照射到被测流体上。

被测流体中的微小颗粒对激光产生散射，散射光经过透镜聚焦到光电探测器上，光电探测器将散射光转换成电信号。

通过比较散射光与发射光的频率差异，即可计算出被测流体的速度。

三、实验仪器与设备1. 激光多普勒测速仪（LDV）；2. 透镜；3. 光电探测器；4. 计算机及数据采集软件；5. 实验用流体（如水）；6. 实验用颗粒（如尘埃、气泡等）。

四、实验步骤1. 将激光多普勒测速仪安装好，确保仪器稳定；2. 在实验容器中注入实验用流体，并加入实验用颗粒；3. 调整透镜和光电探测器的位置，使激光束能够照射到流体中的颗粒上；4. 打开激光多普勒测速仪，设置测量参数，如测量频率、采样频率等；5. 启动实验，观察数据采集软件显示的实验数据；6. 记录实验数据，包括测量时间、颗粒速度等；7. 关闭实验，整理实验器材。

五、实验结果与分析1. 实验数据记录：测量时间：2023年3月15日测量频率：1MHz采样频率：10kHz颗粒速度：v1 = 0.3m/s，v2 = 0.5m/s，v3 = 0.7m/s2. 实验结果分析：（1）实验结果显示，颗粒速度与测量频率、采样频率等参数密切相关。

通过调整测量参数，可以实现对不同速度范围颗粒的测量。

（2）实验数据表明，激光多普勒测速技术具有较高的测量精度。

在实验条件下，颗粒速度的测量误差小于±0.1m/s。

（3）实验过程中，激光多普勒测速仪表现稳定，无故障现象。

激光多普勒测速仪工作原理

激光多普勒测速仪工作原理激光多普勒测速仪，听上去就像科幻电影里的高科技玩意儿，其实它的原理并没有那么复杂。

想象一下，你在路边看着一辆车飞驰而过，车子发出的声音变高了，然后又变低了，这就是多普勒效应的魔力。

激光多普勒测速仪就像是把这个声音的变化变成了光的变化。

我们来聊聊它是怎么工作的。

这个仪器会发出一束激光，这束激光就像是你的好朋友，跟着你走来走去。

然后，当这束激光照到移动物体，比如说一辆车或者一块正在转动的机械零件时，激光会被反射回来。

可有趣的是，这个反射回来的光波频率会发生变化，快的东西反射回来的光频率变高，慢的则相对低一些。

就好像当你向某个人打招呼时，他们走得快，你的声音听起来就会高亢激昂，走得慢时，你的声音又会变得悠扬而柔和。

仪器的探测器就像是个侦探，专门负责捕捉这些反射回来的光波。

探测器会把这些光波的频率变化进行分析，最终算出物体的速度。

你看，就像数学题一样，难度不高吧？而且这个过程是相当迅速的，几乎可以实时监测到物体的运动状态。

大家都知道，速度是非常重要的，无论是在交通管理上，还是在工业生产中。

激光多普勒测速仪的应用广泛得不得了。

比如说，汽车制造商在检测新车的性能时，会用这个仪器来确认车速是否达标。

再比如，机场里的雷达监控也可以借助激光多普勒测速仪来监控飞行器的速度，保证一切安全无误。

说到这里，很多人可能会想，“这玩意儿是不是得很贵？”其实现在的科技越来越普及，价格也逐渐亲民了，很多企业都能负担得起。

而且激光多普勒测速仪还有个特别之处，就是它可以在不接触物体的情况下进行测量，简单来说，就是“隔空取物”。

这就像你在家里用遥控器调电视，既方便又不费劲。

想想看，如果在高温或者危险的环境下工作，能够用激光来测量速度，那是多么安全啊。

再说说它的精准度，激光多普勒测速仪的测量结果非常准确，通常能够达到千分之一米每秒的精度。

这对于一些需要高精度的工业流程，简直就是福音。

比如说，做一些精密加工的机械，稍微的误差都可能导致整个产品的失败，所以激光多普勒测速仪的出现，无疑提升了生产效率和质量。

一种改进的激光多普勒测量光纤光路

一种改进的激光多普勒测量光纤光路李艳萍;王伟;张雄星;杨宇祥【摘要】为了解决传统激光多普勒差频测量光路存在的光功率损耗大、参考光功率不可控等问题,在传统激光多普勒光路中增加了光纤环形器,设计了一个全光纤激光多普勒差频测量光路,并分析计算了传统光路和改进光路中各光纤无源器件的光功率损耗和整体光路中光的利用率.通过搭建激光多普勒测量系统,采用两种光路对音叉振动进行测量,设计了两种光路的对比性试验;采用光功率计实测了两种光路的输出光功率,进而计算出其光利用率;同时,采用数字示波器实时观测两种光路光电探测器输出的多普勒频移信号波形,并从信号幅值、信号对比度和信噪比等方面进行了分析计算.试验结果表明:分析计算结果和实测结果相吻合,改进的激光多普勒测量光路提高了光的利用率;可通过不同分光比的光纤耦合分束器来控制参考光光功率,使得输出的多普勒频移信号幅值增大,信号信噪比和对比度都有所提高.%In order to solve the problems existing in traditional optic path of laser Doppler differential frequency measurement,e.g.,the large optical power loss and uncontrollable reference optical power,an improved optical path is proposed,in which a fiber circulator is added in the traditional optical path,and the optical path for all-fiber laser Doppler differential frequency measurement is designed.The optical power loss of each passive fiber device and the utilization of overall optical path of the traditional optical path and the improved optical path are analyzed and calculated.Through setting up the laser Doppler measurement system,the measurement of the vibration of tuning fork are conducted using two kinds of optical path;and the comparison test is designed for these two optical paths.The outputoptical power of these two optical paths is measured using optical power meter,thus the optical utilization is calculated.In addition,the waveform of Doppler frequency shift signal of the photoelectric detector of two optical paths is observed by using digital oscilloscope.And the analysis calculation is conducted for signal amplitude,signal contrast and signal noise ratio.The results show that the analytical calculation results are in agreement with the experiment results,and the improved optical path has the advantages of high optical power utilization;the reference light power can be controlled by the optical fiber couplers with different splitting ratio,to acquire the Doppler frequency shift signal with high amplitude,good signal contrast and high contrast.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】5页(P66-69,75)【关键词】光纤;激光多普勒测量系统;数字滤波器;耦合器;信号对比度;信噪比【作者】李艳萍;王伟;张雄星;杨宇祥【作者单位】西安工业大学光电工程学院,陕西西安710021;西安工业大学光电工程学院,陕西西安710021;西安工业大学光电工程学院,陕西西安710021;西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TH747;TP202光纤激光多普勒测振是一种根据激光多普勒效应和光学混频原理，并结合光纤与光无源器件技术发展起来的精密测速技术，具有非接触测量和测量精度高等诸多优点[1]。