激光测速讲解
激光多普勒测速技术
激光多普勒测速技术王素红多普勒效应多普勒效应是由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率不同的现象。
由澳大利亚物理学家J. Doppler1842年发现的。
声波的多普勒效应在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低。
为什么会发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低。
这种现象称为多普勒效应。
为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了。
因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被拉伸了。
光波的多普勒效应当单频的激光源与探测器处于相对运动状态时，探测器所接收到的光频率是变化的。
当光源固定时，光波从运动的物体散射或反射并由固定的探测器接收时，也可观察到这一现象，这就是光学多普勒效应。
它又被称为多普勒-斐索效应，是因为法国物理学家斐索（1819—1896）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法。
光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化。
如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。
1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度υ与距地球的距离r成正比，即υ = Hr, H 为哈勃常数。
根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小。
由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物. 因而1948年伽莫夫（G. Gamow）和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。
激光脉冲测速的原理及应用
激光脉冲测速的原理及应用
王志全
（渭南师范学院 陕西渭南 714000）
摘 要：激光测速（measurement of velocity by laser）是测量移动物体反射回来的光的频率由于多普勒（Doppler）效应发生的偏离，在被测物体是 热的或者是易碎的不能用接触法时，此法已测出轧钢机中炽热钢坯的移动速度。本文介绍了激光测速的种类：脉冲发测速和相位发测速，介绍了激光测
2．激光测速的特点
于往返时间才能正常测量，并且减小测量误差，还可以提高系统的信噪比；
激光测速有着相比于雷达测速更好的优点[3]：（1）远距离测量；（2） 三是探测器的响应速度要足够快，才能有效提取脉冲信号。影响脉冲激光
测量范围广；（3）非接触；（4）测量精度高；（5）响应时间短。
测速范围和精度的因素还有：接收机带宽；计数器计数精度；天气变化；
实现。连续激光测距一般最大可测距离达百余千米，采用合作目标时可测 较远的距离，就要使光源发射具有较高功率密度的光强。另外一个要求是
几百至几十万千米，且精度很高。在民用领域，如地形测量、产品误差检 激光脉冲的方向性要好。这样可以把光的能量集中在较小的发散角内，以
测等系统中，得到了普遍应用。
射得更远一些，光斑更小一些，另一方面可以准确判断目标的方位。
激光器的准直系统）。这样光脉冲发射到几公里以外的地方，也只有几米直 径的一个光斑，一般我们实际测量的距离为 300 米左右，这样光斑就更小。
射向目标的光脉冲由于目标的漫反射作用，总有一部分光从原路反射
[2] 王 本 超 . 激 光 测 速 系 统 的 设 计 与 实 现 [D]. 西 安 电 子 科 技 大 学 大 学,2007.
样就会增加系统的电路复杂程度。
激光测速工作原理是什么
激光测速工作原理是什么
激光测速是一种利用激光技术进行测量车辆速度的方法。
其工作原理主要基于多普勒效应和光的传播原理。
当激光束照射到移动的车辆上时，由于车辆的运动，激光经过车辆后的回波频率会产生变化。
这种频率变化被称为多普勒频移。
根据多普勒效应原理，当物体向探测器靠近时，回波频率会增加；当物体远离探测器时，回波频率会减小。
因此，通过测量回波频率的变化，可以推算出车辆的速度。
激光测速仪通常由一个激光器和一个接收器组成。
激光器会向车辆发射一束窄束的激光束，该激光束会在车辆表面反射并返回给接收器。
接收器会分析接收到的激光信号并测量多普勒频移，从而计算出车辆的速度。
在实际应用中，激光测速仪能够提供精确的车速测量结果，并广泛应用于交通监管、道路安全管理和交通流量测量等领域。
值得注意的是，激光测速仪对于测量距离和速度的准确性会受到一些影响因素的影响，如天气、目标物体的材料和速度等。
因此，在使用激光测速仪进行测量时，需要对这些因素进行适当的校正和考虑。
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。
激光多普勒测速课件
03
激光多普勒测速技术实验方法
实验准备与操作流程
实验设备
激光多普勒测速仪、水槽、电源、信号发生器、示波器等。
实验材料
水、透明玻璃或有机玻璃板、测量尺等。
实验准备与操作流程
操作步骤
1
2
1. 安装激光多普勒测速仪，确保其稳定运行。
材料科学、纳米技术等领域。
在材料表面形貌测量中，激光多普勒测速技术可以测 量材料表面的粗糙度、形貌和纹理等信息，提供材料
表面的三维形貌和表面动力学特征。
激光多普勒测速技术还可以用于测量材料表面的应力 、应变和热流等参数，为表面工程和材料科学研究提
供重要数据。
06
结论与展望
技术总结
激光多普勒测速技术是一种非接触、无损、高 精度、高分辨率的测量 技术，具有广泛的应用 前景。
在流体速度测量中，激光多普勒测速技术可以测量液体、气体和等离子体等流体的速度，具有广泛的应 用范围。
激光多普勒测速技术可以测量流体的平均速度和瞬时速度，提供流场的速度分布和流速矢量等信息，为 流体力学研究和工程应用提供重要数据。
粒子速度测量
激光多普勒测速技术在粒子速度测量中 具有高精度、非接触和实时性的优点， 广泛应用于气溶胶、燃烧颗粒、生物细 胞等领域。
未来，激光多普勒测速技术将不断优化，提高测量精度和 稳定性，拓展应用范围，为科学研究和技术创新提供更多 可能性。
同时，随着技术的进步和应用需求的增加，激光多普勒测 速技术的成本将逐渐降低，使得更多的领域和行业能够受 益于该技术的应用。
THANKS
感谢观看
在粒子速度测量中，激光多普勒测速技术可 以测量粒子在气体或液体中的速度，提供粒 子的运动轨迹和速度分布等信息。
激光测速的原理及应用讲解
激光测速的原理及应用随着信息社会的发展和改革开放的不断深入，人民生话水平不断提高，使汽车的普及率也越来越高，交通事故也时有发生，因而迫切需要对运行汽车进行检测，尤其是能对汽车车速有一个有效检测手段，这也是现代智能交通系统中的重要组成部分，是目前交通管理方面研究的热点问题。
检测汽车车速，大多用微波雷达测速，它除了检测范围大等优点外，其检测速度的准确值较差，因而研发了激光测速系统。
(1激光测速的方法激光测速的主要方法有下列二类：①脉冲法测速。
激光脉冲法测速是在测距的基础上实现测速。
而激光测距是利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点进行测距，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程。
在进行几有米的近程测距时，如果精度要求不高，即使不使用合作目标，仅利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的反射信号，也可以进行测距与测速。
激光脉冲法测速的原理是，当系统工作时，脉冲激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来被接收单元接收，通过激光脉冲法测距原理计算距离而得到目标物距离，进而由连续测量的距离得到某段时间内的平均速度，因为这个测量时间极短，因此这个平均速度可认为是瞬时速度，即实现脉冲激光的测速。
②相位法测速。
激光相位法测速，也可由相位测距法多次测量距离来实现。
连续激光测距一般最大可测距离达百余千米，采用合作目标时可测几百至几十万千米，且精度很高。
在民用领域，如地形测量、产品误差检测等系统中，得到了普遍应用。
一般，连续光波型激光测距仪的距离分辨率是很高的。
通常，相位分辨率要达到一个周期的千分之一是很容易的。
要同时保持高测量精度和大的测量范围，还必须利用数个不同的调制频率对同一距离进行测量，但这样就会增加系统的电路复杂程度。
由激光相位法连续测量的距离，得到某段时间内的平均速度，就实现了激光相位法测速。
(2激光测速的特点这种激光测速具有以下几个特点：①由于激光光束强、方向性好，其测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测1km外；②测速精度高，误差小于1km/h；③激光光束必须要瞄准垂直于激光光束的平面反射点。
激光测速的原理
激光测速的原理激光测速是一种常见的测量目标速度的技术。
它通过发射激光束，测量激光束的反射时间来计算目标的速度。
激光测速器通常使用激光二极管或半导体激光器作为光源，通过使用光电探测器来检测激光束的反射。
激光测速器的原理可以分为两个步骤：激光发射和激光接收。
在激光发射过程中，激光测速器通过向目标物体发射激光束。
激光束的发射是由激光二极管或半导体激光器产生的。
这些激光器产生的激光束是单一波长的，能够聚焦成一束精确的光束。
激光束的波长越短，测量的精确度越高。
在激光接收过程中，激光测速器通过使用光电探测器检测激光束的反射。
光电探测器位于射出激光束的同一位置，接收目标物体反射的激光束。
光电探测器可以将光信号转换为电信号，这使得电子设备可以对接收的激光信号进行处理和分析。
激光测速器使用了激光的时间测量原理。
当激光束射到目标物体上时，激光束会反射回到激光测速器的光电探测器上。
激光的速度是已知的，通常为光速的速度。
所以当激光束射回到激光测速器上时，可以测量到从激光发射到接收的时间差，也就是激光的往返时间。
通过测量激光的往返时间，可以计算目标的速度。
计算公式为：速度=距离/时间。
在激光测速器中，距离是已知的，即激光束射到目标和射回到激光测速器之间的距离。
而时间是通过测量激光往返时间得到的。
通过将已知的距离除以测得的时间差，可以得到目标的速度。
在实际应用中，激光测速器通常用于交通执法和测速仪器。
在交通执法中，激光测速器可以用来测量车辆的速度，以确保车辆在规定的速度范围内行驶。
激光测速器还可以用于测量飞机、火车和船只的速度。
激光测速具有许多优点。
首先，激光测速器可以非常精确地测量目标的速度。
其次，它可以在不接触目标的情况下进行测量，因此减少了对目标的干扰。
此外，激光测速器体积小巧，操作简便，适用于各种环境和场合。
然而，激光测速器也存在一些限制。
首先，它对目标的表面材质和颜色敏感。
仅当目标的表面对激光具有一定的反射能力时，激光才能被正确地反射回测速器。
激光测速原理
激光测速原理激光测速是一种利用激光技术进行速度测量的方法，它通过测量被测物体上的反射光信号来获取物体的速度信息。
激光测速原理主要依赖于激光的特性和运用多普勒效应进行速度测量的原理。
首先，激光测速利用的是激光的单色性和定向性。
激光是一种高度一致的单色光，它的波长非常短，能够形成一个非常尖锐的束。
这种特性使得激光能够非常精确地照射到被测物体上，并且能够准确地测量被测物体反射回来的光信号。
其次，激光测速利用了多普勒效应进行速度测量。
当激光照射到运动物体上时，如果该物体在激光束的作用下发生了运动，那么反射回来的光信号的频率就会发生变化。
这种频率变化就是多普勒效应所表现出来的现象，通过测量这种频率变化，就可以计算出物体的速度信息。
激光测速原理的关键在于精确地测量被测物体反射回来的光信号的频率变化。
为了实现这一点，激光测速系统通常会采用光电探测器来接收反射回来的光信号，并将其转化为电信号。
然后，利用电子技术对这些电信号进行处理，可以得到频率变化的信息，进而计算出被测物体的速度。
除了利用多普勒效应进行速度测量外，激光测速还可以通过测量光信号的时间延迟来获取物体的距离信息。
这种方法通常被称为激光测距。
通过测量激光束发射和接收之间的时间差，结合光速的已知数值，可以计算出被测物体与激光测速系统之间的距离。
总的来说，激光测速原理是一种利用激光技术进行速度测量的方法，它利用了激光的单色性和定向性，以及多普勒效应和时间延迟来获取被测物体的速度和距离信息。
这种技术在工业、交通、科研等领域都有着广泛的应用，可以为我们提供精确、可靠的测量数据，为工程技术和科学研究提供重要的支持。
第四章、其典型的激光测量方法
第四章、其他典型的激光测量应用本章主要介绍以下内容：1. 激光Doppler 测速；2. 激光准直测量；3. 激光衍射法测量微珠、微丝直径；4. 激光散射法颗粒度测量。
§4.1 激光Doppler 测速及其应用速度是一个重要的物理量，其测量精度对科学研究、人们生活至关重要。
所以人们一直探索高精度的速度测量方法。
传统的测速方法通常是在被测液体或气体中加入一个测速传感器，将其感受到的与速度有关的信息送到二次仪表中进行处理，从而得到被测速度。
该测量方法属于接触式测量，传感器的放入必然会干扰流速场，从而影响测量精度。
而激光Doppler 测速是一种非接触性测量，可以克服传统测速方法的缺点，不仅可以提高测量精度，而且由于激光束非常细，还可以测量流速场分布，这是传统测速方法无法比拟的。
一、 激光Doppler 测速的原理1. Doppler 效应Doppler 效应是十九世纪德国物理学家Doppler 首先观察到的，一个向着声源运动的观察者所接收到的声波场的声波频率)/1(00'v v f f +=高于声波的实际频率0f ；而背向声源运动的观察者接收到的声波频率)/1(00"v v f f -=低于声波的实际频率0f ，其中0v 为声波的传播速度，v 为观察者或声波源的运动速度。
光波也是一种波，也同样存在Doppler 效应。
流速场中的粒子所感受到的光波场频率也同样产生了Doppler 频移，其所感受到的光波场的频率为)/1(0'c nv f f z ±=，粒子朝向光源运动，z v 前取“+”号，粒子背向光源运动z v 前取“-”号，而流速场中粒子所散射的光波场的频率就等于粒子所感受到的光波频率（瑞利散射），散射粒子相当于一个次波源。
所以只要测量出散射光的Doppler 频移量，也就得到了流速场的速度大小。
2. Doppler 信号的获得最常用的前向散射激光Doppler 测速仪原理光路如上图。
激光测速的原理及应用简介
激光测速的原理及应用简介1. 激光测速的原理激光测速是一种利用激光技术来测量物体运动速度的方法。
其原理基于光的多普勒效应，即当光源发射的光波与运动物体相互作用时，被接收器接收到的光波频率会发生变化。
根据这一原理，可以通过测量光波的频率变化来计算物体的运动速度。
激光测速主要包括两种方法：连续波激光测速和脉冲波激光测速。
连续波激光测速是通过连续发射激光，然后测量接收到的反射激光的频率变化来计算速度。
脉冲波激光测速则是通过发射激光脉冲，在一定时间内测量发射和接收两个脉冲之间的时间差来计算速度。
2. 激光测速的应用2.1 交通领域激光测速在交通领域具有重要的应用价值。
交通部门常常通过安装激光测速仪器捕捉超速行驶的车辆。
由于激光测速可以实现高精度和远距离的测速，能够准确测量车辆的速度，并利用测速数据对违规车辆进行处罚，从而提高道路交通的安全性。
2.2 工业领域在工业领域中，激光测速也被广泛应用。
例如，激光测速可以用于测量轴承的旋转速度，从而确定轴承的运行状态和寿命。
此外，激光测速可以测量运动部件的速度和加速度，帮助工程师了解机械设备的性能，并为设备的调试和改进提供参考。
2.3 科研领域激光测速在科研领域中也有广泛的应用。
例如，在流体力学领域，激光测速可以测量流体的速度场，从而帮助研究人员了解流体的流动特性和变化规律。
此外，激光测速还可以用于光学实验中，例如测量光的速度和光的折射率。
2.4 环境监测激光测速也被应用于环境监测中。
例如，激光测速可以用于测量风速，帮助气象学家观测和预测气象变化。
此外，激光测速还可以用于测量河流、湖泊等水体的流速，以及海洋中的洋流速度，从而为环境保护和资源管理提供重要的数据支持。
3. 总结激光测速依靠光的多普勒效应原理，可以用于测量物体的运动速度。
激光测速在交通、工业、科研和环境领域都有广泛的应用。
通过测量物体的速度，激光测速能够提高交通安全性、改进机械设备性能、帮助科研研究和环境监测，因此具有重要的应用价值。
用激光测速仪测速
02
分析测量结果
通过数据处理单元对电信号进行分析和处 理，可以获得目标物体的速度数据。根据 实际需要可以将数据记录下来，或者通过
图表等方式将数据呈现出来
3
注意事项
注意事项
在使用激光测速仪进行测速时，需要注意以几点
确保激光测速仪的激光发射器和接收器之间的视线畅通无阻：避免遮挡物或者 反光物体的干扰
2
使用方法
使用方法
使用激光测速 仪测量速度时， 需要遵循以下
步骤
使用方法
选择合适的测量范围和测量模式：根据实际需要选择合适的测量范围，如速度 范围、测量距离等。同时，选择合适的测量模式，如连续测量、单次测量等
安装激光测速仪：将激光测速仪安装在稳定的平台上，确保其与目标物体之间 的视线畅通无阻。同时，根据需要调整激光测速仪的高度和角度，使其能够正 确地瞄准目标物体
用激光测速仪 测速
工作原理 使用方法 注意事项
用激光测速仪测速
目录
用激光测速仪测速
1
激光测速仪是一种高精度的测 量工具，可以用来测量物体的
速度
2
在许多领域，如交通、体育竞 赛和工业生产中，都广泛使用 激光测速仪来检测和控制物体
或事件的速度
3
下面将详细介绍激光测速仪的 工作原理、使用方法和注意事
项
在进行测量时：需要将激光测速仪安装在稳定的平台上，避免因为振动或者移 动而影响测量精度
在进行测量之前：需要对激光测速仪进行校准，以确保其测量精度。同时，也 需要定期对激光测速仪进行维护和保养，以保证其正常运行
在使用连续测量模式时：需要注意数据的实时性和准确性。在数据处理方面需 要进行一定的技术处理和算法优化以提高数据的准确性和可靠性
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
7
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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
20
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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。
13
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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
23/23
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
1/23
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
2/23
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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激光测速的原理及应用讲解
激光测速的原理及应用随着信息社会的发展和改革开放的不断深入，人民生话水平不断提高，使汽车的普及率也越来越高，交通事故也时有发生，因而迫切需要对运行汽车进行检测，尤其是能对汽车车速有一个有效检测手段，这也是现代智能交通系统中的重要组成部分，是目前交通管理方面研究的热点问题。
检测汽车车速，大多用微波雷达测速，它除了检测范围大等优点外，其检测速度的准确值较差，因而研发了激光测速系统。
(1激光测速的方法激光测速的主要方法有下列二类：①脉冲法测速。
激光脉冲法测速是在测距的基础上实现测速。
而激光测距是利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点进行测距，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程。
在进行几有米的近程测距时，如果精度要求不高，即使不使用合作目标，仅利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的反射信号，也可以进行测距与测速。
激光脉冲法测速的原理是，当系统工作时，脉冲激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来被接收单元接收，通过激光脉冲法测距原理计算距离而得到目标物距离，进而由连续测量的距离得到某段时间内的平均速度，因为这个测量时间极短，因此这个平均速度可认为是瞬时速度，即实现脉冲激光的测速。
②相位法测速。
激光相位法测速，也可由相位测距法多次测量距离来实现。
连续激光测距一般最大可测距离达百余千米，采用合作目标时可测几百至几十万千米，且精度很高。
在民用领域，如地形测量、产品误差检测等系统中，得到了普遍应用。
一般，连续光波型激光测距仪的距离分辨率是很高的。
通常，相位分辨率要达到一个周期的千分之一是很容易的。
要同时保持高测量精度和大的测量范围，还必须利用数个不同的调制频率对同一距离进行测量，但这样就会增加系统的电路复杂程度。
由激光相位法连续测量的距离，得到某段时间内的平均速度，就实现了激光相位法测速。
(2激光测速的特点这种激光测速具有以下几个特点：①由于激光光束强、方向性好，其测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测1km外；②测速精度高，误差小于1km/h；③激光光束必须要瞄准垂直于激光光束的平面反射点。
激光多普勒测速仪测速原理
激光多普勒测速仪测速原理宝子！今天咱们来唠唠一个超酷的东西——激光多普勒测速仪。
你可别一听这名字就觉得很复杂，其实呀，原理还是能让人搞明白的呢。
咱先来说说这个多普勒效应。
你有没有过这样的经历呀，当一辆救护车或者警车鸣着笛朝你开过来的时候，你听到的声音是越来越高的，然后它从你身边呼啸而过的时候，声音一下子就变低了。
这就是多普勒效应在声音里的体现啦。
简单来说呢，就是当波源和观察者有相对运动的时候，观察者接收到的波的频率就会发生变化。
那这个激光多普勒测速仪呢，就是把这个多普勒效应用到了激光上。
想象一下，激光就像一群超级有纪律的小士兵，排着整齐的队伍向前冲。
当这些激光小士兵打到一个正在移动的物体上的时候，就像一群小光弹打到了一个跑来跑去的小怪兽身上。
这个时候呢，因为物体在动，激光反射回来的光就发生了频率的变化。
就好像是小光弹被小怪兽撞了一下，然后它们回来的速度和节奏都不一样了。
那这个测速仪是怎么知道这个频率变化的呢？这里面可就有一些小机关啦。
测速仪里面有一些很聪明的装置，它们能够把反射回来的激光和原来发射出去的激光进行对比。
就像是在比较两个合唱团唱歌的节奏一样。
如果反射回来的激光频率变高了或者变低了，这个装置就能精确地测量出来。
你知道吗？这个激光多普勒测速仪可厉害着呢。
它可以测量非常小的物体的速度，小到像微小的颗粒在气流里飘来飘去的速度都能测出来。
比如说在一些科学实验里，科学家们想要知道灰尘颗粒在空气里是怎么运动的，这个测速仪就派上大用场啦。
它就像一个超级侦探，能够把这些小颗粒的一举一动都看得清清楚楚。
而且哦，这个测速仪的精度还特别高。
它就像一个特别细心的小工匠，一点点的误差都不放过。
不管是测量高速运动的物体，还是慢悠悠移动的物体，它都能给出非常准确的速度数值。
这在很多工业生产里可太重要了。
比如说在汽车制造的时候，要测量汽车发动机里一些部件的转速，激光多普勒测速仪就能很精确地完成这个任务，就像一个严格的监工一样，确保每个部件都在正常的速度下运转。
激光测速
激光多普勒测速仪一、激光多普勒测速的原理多普勒效应：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。
在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移blue shift ）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。
波长变得较长，频率变得较低 （红移red shift ）；波源的速度越高，所产生的效应越大。
根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
激光测速仪正是利用多普勒效应进行测速的。
如右图，O 为光源, T 为运动物体, S 为观察者的位置。
激光的频率为ν, 运动物体的速度为u ，那么由于物体运动所产生的多普勒频移0*()D s u e e c νν=-由上式可知，我们可以通过测量激光多普勒频移量的值来获得运动物体的速度信息。
根据测速方式不同，激光多普勒测速仪可分为两种：单频激光多普勒测速仪和双频激光多普勒测速仪。
二、单频激光多普勒测速仪。
采用单频激光器作为光源的单频激光多普勒测速仪, 通过测量由于运动物体对光的散射所产生的多普勒频移量来获取待测物体的速度。
这种测速仪已经有40多年的历史, 在很多领域得到广泛应用,发展的也较为成熟, 但是它也存在着直流漂移, 抗干扰能力差的缺点, 应用受到一定的限制。
1．参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），光路如下：多普勒频移为： 当物体运动方向垂直于两束光束夹角的角平分线时 2()2sin sin 22i s i s i D u νυe e e e νc θθυυ⋅-=-=⇒=若入射光在真空中的波长为λi ，则有 22sin sin 222sin 2i i i D D νc νc c υυλλνθθυθ==⇒=由此，测出多普勒频移，便可以求出物体的运动速度。
2、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）。
光路如下:i i s i s D νe e cυννν)( -⋅=-=双散射光束型测速方法是通过检测在同一测量点上的两束散射光的多普勒频差来确定被测点处流体的流速的。
激光多普勒测速..
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。