激光多普勒测速技术
激光多普勒测速技术..
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。
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激光多普勒测速技术的原理
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激光多普勒测速技术的原理
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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
激光多普勒测速和激光测距分析解析
fD 1
c
2
fs
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激光多普勒测速技术
L
D
S R
激光多普勒测速技术基础 2. 激光多普勒测速原理 1）多普勒测速原理 • 如图。由于v/c非常小，只取 级数展开的前两项，即
α1 Q
α2
v
激光多普勒测速原理图
v f D 1 f s c
考虑流体中的速度为c/n，将v换成纵向分量 v cos1 , v cos 2
Photo courtesy of University of Bristol, UK
Measurement of flow around a ship propeller in a cavitation tank
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激光测距技术
•
脉冲激光测距
•
脉冲激光测距是利用激光脉冲连续时间极短、能量在时 间上相对集中、瞬时功率很大（一般可达到兆瓦级）的 特点，在有靶标的情况下，脉冲激光测量可达极远的测 程。
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激光多普勒测速和激光测距
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目 录
• 激光多普勒测速技术
• 激光多普勒测速技术基础 • 激光多普勒测速技术应用
• 激光测距技术
• 脉冲激光测距
• 相位激光测距
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激光多普勒测速技术
• 概述 • 1842年奥地利科学家Doppler等人首次发现，任何形
式的波传播，波源、接收器、传播介质或散射体的 运动会使频率发生变化——多普勒效应。
观测者D收到这N个波共需时
v cos 2 1 (t2 t1 )1 c
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激光多普勒测速技术
激光多普勒测速技术激光多普勒测速，简称LDV or LDA ，通常是用来进行流体速度的测量，所以也简称LD 。
多普勒频移由于观察者和被观察者之间有相对运动，使观察者接收到的光波频率发生变化的现象，称Doppler 频移。
例如，一个光源相对于观察者以速度v 运动，速度v与光源到观察者联线（即光传播方向）之间的夹角是θ，而光源发出频率为0ν的光波，在观察者看来，由于存在着相对运动，观察者接收到的光频率为：21/2102(1)/(1cos )v v ccννθ=--0(1cos )v cνθ+其中，c 是光在介质中的传播速度，0/c c n =.在检测中，我们通常用一个位置固定的光源照射一个运动的粒子，用一个位置固定的探测器来接收运动粒子散射的光波来探测粒子的运动速度。
如图所示，粒子以速度v 运动，速度v与粒子和光源联线的夹角是1θ，光源频率为0ν，则在粒子看来所接收的频率是 21/21012(1)/(1cos )v vc cννθ=-- 探测器与粒子联线和粒子速度v21/22122(1)/(1cos )v v ccννθ=--考虑到粒子速度比光速小得多，则可以求得散射光的多普勒频移的表达式为：2012(1(cos cos ))v cννθθ++频率检测多普勒频移通常用来测量粒子的速度，只要测得频移量20D ννν=-，即可求得物体的运动速度。
但是，由于光的频率太高，迄今尚无直接测量光频率的可能，故而通常采用光混频技术，用混频后的差频信号来获取多普勒频移量。
设一束待测的散射光的频率为'ν，而另一束参考光的频率为ν，光探测器分别接收到它们的电场（振幅）强度为：QQS1011cos(2')E E t πνϕ=+ 2022cos(2)E E t πνϕ=+将两束光在探测器表面处混频后，得到的合成电场强度为：12011022cos(2')cos(2)E E E E t E t πνϕπνϕ=+=+++光强度为22122011022222201102201021222220110220102120102()(cos(2')cos(2))cos (2')cos (2))2cos(2')cos(2)cos (2')cos (2))cos(2('))co I E E E E t E t E t E t E E t t E t E t E E t E E πνϕπνϕπνϕπνϕπνϕπνϕπνϕπνϕπννϕϕ==+=+++=++++++=++++++++12s(2('))t πννϕϕ-+-实际测得的是光强度的时间平均值222010*********cos(2('))22I E E E E E t πννϕϕ<>=<>=++-+-在光探测器上输出的电流值是22010********()()cos(2('))2i t k E E kE E t πννϕϕ=++-+-其中，k 是电流转换系数，是一个确定的比例常数。
光子多普勒测速技术
光子多普勒测速技术
光子多普勒测速技术是一种基于光学多普勒效应和光束干涉原理的激光多普勒差拍测速技术。
它的优点有调试简单、结构紧凑、测速能力强等。
这项技术可以非接触地连续测量运动物体表面的速度、位移和加速度的变化历程，速度测量范围为0-20km/s。
光子多普勒测速技术主要用于获取材料冲击实验中试样的后自由面速度历程曲线，以研究冲击波在靶体中的传播规律及材料的动态响应行为。
它也可以用于爆破等瞬态高速测量，提供理想的高速时间解析结果和速度场可视化结果。
总的来说，光子多普勒测速技术是一种先进的测速技术，在许多领域都有广泛的应用前景。
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
2
其中， I 0 E02
当相位差为 的偶数倍时，即（ 2m m=0, 1, 2, …） 时，I 4I0 ，P点光强达到最大值。
当相位差为 的奇数倍时，即（ (2m 1) m=0, 1, 2, …） 时，I 0 ，P点光强达到最小值。
当相位介于这两者之间变化时，P点光强在0和4I0之间变化。
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
2 E01 E02
1
cosd
0
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
对于恶劣的环境(像燃烧火焰)，常常不能 使用小尺寸探头 。
热线和热薄膜风速仪虽然是定量研究紊流 结构的主要实验工具，但它仅限于低温、 低速、低紊流度、常特性的检测，而且必 须在回流区以外。
光学速度测试技术具有测量灵敏 度高，不干扰流场等优点，有着 很强的应用前景。
光学测速技术主要有全息干涉法、 散斑照相法、激光多普勒测速法 和激光双焦点测速法等。
c U e0 c2 (U e0 )2
f0
1U e0 / c 1 (U e0 )2
c
f p f0 (1
e0 ) * c
• 式中，e 为入射光方向的单位向 0
量，c为介质中的光速。
• 光检测器接收的粒子散射光频率：
fS
f
p
(1
es
c
)
*
(5-2)
因此，两迭加光波相位差固定不变是产生干涉的必要条件。
激光多普勒测速matlab代码
激光多普勒测速是一种非常重要的测速技术，它可以用于测量目标的速度、距离和运动状态。
在工程领域广泛应用于雷达、车载测速仪、医学影像和气象预报等方面。
激光多普勒测速通过检测目标表面反射的激光脉冲信号，利用多普勒效应来计算目标的速度。
本文将介绍激光多普勒测速的原理和相关的matlab代码实现方法。
一、激光多普勒测速原理激光多普勒效应是指当激光束与运动物体相互作用时，由于多普勒频移导致激光波长发生变化。
当激光束照射到物体表面并被反射回来时，如果物体在照射过程中发生了运动，那么反射回来的激光波长就会发生变化，从而可以通过探测这种波长变化来计算物体的速度。
二、激光多普勒测速的matlab代码实现在matlab中实现激光多普勒测速的代码可以分为以下几个步骤：1. 生成模拟的激光脉冲信号```matlabfs = 1000; 采样频率t = 0:1/fs:1-1/fs; 采样时间f0 = 100; 信号起始频率f1 = 200; 信号终止频率s = chirp(t,f0,1,f1,'linear'); 生成线性调频信号```2. 模拟目标运动引起的频率变化```matlabv = 10; 目标运动速度c = 3e8; 光速fD = 2*v*f1/c; 多普勒频移```3. 计算多普勒效应后的信号```matlaby = s.*exp(1j*2*pi*fD*t); 多普勒效应后的信号```4. 进行信号处理和频谱分析```matlabN = length(y); 信号长度f = (-N/2:N/2-1)*fs/N; 频率坐标yfft = fft(y,N); 进行傅里叶变换yfftshift = fftshift(yfft); 进行频率移位figure;plot(f,abs(yfftshift)); 绘制频谱图```经过以上步骤，我们就可以得到模拟激光多普勒测速的matlab代码实现。
通过对生成的激光脉冲信号进行频谱分析，可以观察到多普勒频移的效果，从而实现对目标速度的测量。
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。
激光多普勒速度测试技术
一.绪论1.1 运动物体速度测试技术现状1.1.1 激光多普勒速度测试技术（1）多普勒效应多普勒效应是由于波源或观看者的运动而显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 年发觉的。
声波的多普勒效应在日常生活中，咱们都会有这种体会：当一列鸣着汽笛的火车通过某观看者时，他会发觉火车汽笛的声调由高变低。
什么缘故会发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，若是频率高，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。
为了明白得这一现象，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，仿佛波被紧缩了。
因此，在一按时刻距离内传播的波数就增加了，这确实是观看者什么缘故会感受到声调变高的缘故；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，仿佛波被拉伸了。
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转变的。
当光源固按时，光波从运动的物体散射或反射并由固定的探测器接收时，也可观看到这一现象，这确实是光学多普勒效应。
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说明，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的方法。
光波与声波的不同的地方在于，光波频率的转变令人感觉到是颜色的转变。
若是恒星远离咱们而去，那么光的谱线就向红光方向移动，称为红移；若是恒星朝向咱们运动，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，第一发觉了光谱的红移，熟悉到了旋涡星云正快速远离地球而去。
1929年哈勃依照光谱红移总结出闻名的哈勃定律：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。
依照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刻内一直在膨胀，物质密度一直在变小。
激光多普勒测速技术
南京理工大学课程考核论文课程名称：图像传感与测量论文题目：激光多普勒测速技术姓名：孙玉祥学号：314113002432成绩：任课教师评语：签名:年月丨1文献综述摘要：文章阐述了激光多普勒测速技术的皐本原理及特点，综述了不同类型激光多普勒测速技术各口的优缺点，对后续的信号处理系统进彳亍了分析说明，并对未來激光多普勒测速技术发展方向进行了探讨。
关键词：激光多普勒测速仪柏频信号处理0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，它以其测速精度高、测速范闱广、空间分辨率高、动态响应快、非接触测量等优点在航空航天、机械、能源等领域获得了广泛的应用和快速发展［氏在一个完整的激光多普勒测速系统中，主要分为三个部分：激光发射器、光学光路系统、信号处理部分。
每一部分的学习与研究，都对激光多普勒测速系统的精确度、稳定性和适应性有着重耍的作用。
1激光多普勒测速原理激光的多普勒效应表明，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卩】。
激光多普勒效应的示意图如图1所示，其中o为光源，p为运动物体，s为观察者的位置，激光的频率为v,运动物体的速度为II, 那么激光照射到运动物体表面所产生的多普勒频移星可表示为：式中：e。
为入射光方向单位向最，是散射光的单位向量，c是光速，由上式可知，通过测量激光多普勒频移量的值，便可获得运动物体的速度信息。
图1激光多普勒效应示意图2激光多普勒测速特点激光多普勒测速与传统测速仪相比有如下持点：1.非接触测量：激光汇聚点就是测最探头，测量过程对流场无干扰，故可以很方便地在恶劣环境中进行测星，如火焰、腐蚀性流体流速的测量。
2•空间分辨率高：测点可小于10-4mm3,随着所用激光波长的减小，光路和聚焦元件性能的改进，还可以进一步缩小。
3•动态响应快：速度信号以光速传播，惯性极小，只要配以适当的信号处理器，可进行实时测最。
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
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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。
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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]。
激光多普勒演示实验报告
一、实验目的1. 理解激光多普勒测速原理；2. 掌握激光多普勒测速仪的使用方法；3. 通过实验验证激光多普勒测速技术的实际应用。
二、实验原理激光多普勒测速技术是一种非接触式测量技术，利用多普勒效应原理，通过测量反射光频率的变化来确定被测物体的速度。
实验中，激光器发射一束激光，经分束器分为两束，一束照射到被测物体上，另一束作为参考光。
被测物体反射的光与参考光发生干涉，通过分析干涉条纹的变化，即可计算出被测物体的速度。
三、实验仪器与材料1. 激光多普勒测速仪；2. 激光器；3. 分束器；4. 光纤；5. 被测物体（如旋转盘、振动平台等）；6. 光电探测器；7. 计算机及数据采集软件。
四、实验步骤1. 连接仪器：将激光器、分束器、光纤、光电探测器等仪器连接成激光多普勒测速系统。
2. 设置参数：根据被测物体的运动状态，设置激光多普勒测速仪的测量参数，如激光频率、探测范围、灵敏度等。
3. 调整仪器：调整激光器、分束器等仪器的位置，确保激光束照射到被测物体上，并使参考光与被测光发生干涉。
4. 实验测量：启动激光多普勒测速仪，使被测物体开始运动。
观察光电探测器接收到的信号，并记录数据。
5. 数据处理：利用数据采集软件对实验数据进行处理，计算被测物体的速度。
6. 实验结果分析：分析实验结果，验证激光多普勒测速技术的实际应用。
五、实验结果与分析1. 实验数据：在实验过程中，记录了被测物体的速度随时间的变化曲线。
2. 结果分析：根据实验数据，可以得出以下结论：（1）激光多普勒测速技术可以准确测量被测物体的速度。
（2）实验结果与理论计算值基本一致，验证了激光多普勒测速技术的可靠性。
（3）实验过程中，仪器性能稳定，无故障发生。
六、实验总结本次实验成功演示了激光多普勒测速技术，达到了预期目的。
通过实验，我们掌握了激光多普勒测速仪的使用方法，了解了激光多普勒测速技术的原理和应用。
同时，实验结果验证了激光多普勒测速技术的可靠性，为后续相关研究奠定了基础。
激光多普勒测速技术
激光多普勒测速技术（LDV）1.引言多普勒效应是19世纪奥地利物理科学家多普勒.克里斯琴.约翰（Doppler，Christian Johann）发现的声学效应。
在声源和接收器之间发生相对运动时，接收器收到的声音频率不会等于声源发出的原频率，于是称这一频率差为多普勒频差或频移。
1905年，爱因斯坦在狭义相对论中指出，光波也具有类似的多普勒效应。
只要物体产生散射光，就可利用多普勒效应测量其运动速度。
所谓光学多普勒效应就是：当光源与光接收器之间发生相对运动时，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。
二十世纪六十年代，激光器得以发明。
激光的出现大力地促进了各个学科的发展。
由于激光具有优异的相干性、良好的方向性等特点，因此在精密计量，远距离测量等方面获得了广泛的应用。
伴随着激光在光学领域的应用，一门崭新的技术诞生了，这就是多普勒频移测量技术。
1964年，杨(Yeh)和古明斯(Cummins首次证实了可利用激光多普勒频移技术来测量确定流体的速度，激光多普勒测速仪(LDV)以其测速精度高、测速范围广、空间分辨率高、动态响应快、非接触测量等优点在航空、航天、机械、生物学、医学、燃烧学以及工业生产等领域得到了广泛应用和快速发展。
激光多普勒测速仪是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获得速度信息的。
2. 激光多普勒测速原理激光多普勒测速原理即为激光多普勒效应：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。
图1. 激光多普勒效应的示意图激光多普勒效应的示意图如图1所示，其中，o为光源，p为运动物体，s为观察者的位置。
激光的频率为f ，运动物体的速度为V ，那么物体运动产生的多普勒频移量可表示为：()D s o f f V e e c=⋅- (1) 式中：e o 为入射光单位向量，e s 是散射光的单位向量，c 是光速。
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。
激光多普勒测速技术在风洞实验中的应用研究
激光多普勒测速技术在风洞实验中的应用研究随着科技的不断发展，激光多普勒测速技术被广泛应用于风洞试验中。
激光多普勒测速技术能够以非接触式的方式对流体进行测量，并在实验中起到了举足轻重的作用。
一、激光多普勒测速技术介绍激光多普勒测速技术，是指利用激光束从流体中反射回来的光子，来判断流体的流动速度、方向和湍流程度的一种技术。
其原理是根据多普勒效应来测量流体中的速度，即利用激光束入射流体后，光子回传时会出现频率的改变，通过拆分光子频率，并利用计算机进行处理，即可获取流体中某一点的速度信息。
激光多普勒测速技术采用了非接触式测量的方式，不仅能减少试验与被测试物体之间的干扰，也可以提高测试精度，从而充分保证了实验数据的真实可靠性。
同时，在测试过程中可以保持试验环境的封闭性和纯净性，从而有效地避免试验产生干扰和误差。
二、激光多普勒测速技术在风洞实验中的应用激光多普勒测速技术在风洞试验中的应用主要集中在以下几个方面：1. 测量气动力学参数风洞试验中的流体是模拟真实气体的流动状态，因此可以通过激光多普勒测速技术来获取并分析气动力学参数，如气动力、升力、阻力、气动不稳定和压力波等。
2. 研究风洞试验中的流动特性通过激光多普勒测速技术可以对风洞实验中的流动状态进行研究和分析，可帮助实验人员进行实验室与实际应用之间的转化。
3. 研究风描和气流噪声在飞行器设计中，风洞实验中的气流噪声和风描是非常重要的指标，可以通过激光多普勒测速技术来进行测量和研究，以提高飞行器的安全性和稳定性。
4. 测量流血和轮廓线激光多普勒测速技术还可以用来测量风洞实验中的流血和模型的轮廓线，从而实现高精度的数据分析和建模。
三、总结激光多普勒测速技术在风洞试验中的应用是相当广泛的，通过此项技术，我们可以获取到实验数据的精确性和可靠性。
在未来的研究中，激光多普勒测速技术将继续发挥着重要的作用，并为实验室和车间等场所的使用提供更加高效、精确而可靠的技术手段。
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大的频移，目前已能测0.1mm/s到2000m/s的速度
，这是普通测速仪不能比拟的。
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激光多普勒测速技术的特点
（6）测量速度方向的灵敏性好：因光 束分离器旋转时测点不变，所以可方便地
测量任意方向的速度分量，并可用作常量
二维流动的测量研究。
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激光多普勒测速技术的特点
缺 点
价格较贵
流速很高时要求提高激光输出功率， 由于信号频率很高而使信号 处理困难
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激光多普勒测速技术的应用
1 多普勒雷达
2 多普勒测速仪 3 血液流动的研究 4 超音速风洞中激光测速
激光多普勒测速技术的应用
多普勒雷达工作原理为：当雷达发射一固定频率的 脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发 射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒 频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度； 根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。 同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除 干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号 。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强 ，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
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。
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激光多普勒测速技术的应用
近年来迅速形成的力学分支——生物力学，他把血 液流体力学作为一个重要的研究课题，推动了激光多普 勒测速的研究。它是利用多普勒效应原理，对运动的脏 器和血流进行探测的仪器。其中，经颅多普勒是一个有 效的无创伤性的脑血管检查方法，属超声检查范围，因 此对受检查者毫无创伤和痛苦。许多脑血管检查方法如 放射性核素的脑血流量测定、脑血管造影、数字减影血 管造影等均具有一定创伤性及并发症，经颅多普勒安全 、无创伤性，适宜于普通的临床应用。
量探头。测量过程对流场无干扰，不影响流场分 布，这对回旋流场尤为适用，可测远距离的速度 场分布或狭窄流道中的速度分布。也可很方便地 在恶劣环境中如火焰、腐蚀性流体内进行测量。
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激光多普勒测速技术的特点
（2）空间分辨率极高：目前测点可小于10-4mm3
，随着所用激光波长的减小，光路和聚焦元件性能
的改进，还可以进一步缩小。已可测出直径10μ m
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。
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激光多普勒测速技术的原理
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激光多普勒测速技术的原理
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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
专业：仪器科学与技术
学号：314101002268
姓名：陈静
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整 体 框 架
1 激光多普勒测速技术发展
2 激光多普勒测速技术原理 3 激光多普勒测速技术特点 4 激光多普勒测速技术应用
激光多普勒测速技术的发展
激光多普勒测速技术(LDV)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
血液流速测量原理图
激光多普勒显微镜光路图
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激光多普勒测速技术的应用
激光风速计在风洞中的使用不如在测量液流中 那样普遍，其一是风洞不易建造，其二是空气中尘 埃下沉，很少甚至不可能产生自然的散射中心，而 在液体中由于存在着细小的尘埃，总是很自然地形 成散射中心。因此在风洞中必须掺入少量烟尘等微 粒，这就使得这种系统变得复杂。美国阿诺德工程 发展中心应用激光多普勒测速技术对一英尺超音速 风洞中激波附面层，机翼外挂物等多种系统进行了 测量，获得了很好的结果。
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谢 谢
2014ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ11月
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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、计量、医学、环保等领域。
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激光多普勒测速技术的发展
（1）1964至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
（2）1973至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。 （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
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激光多普勒测速技术的应用
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，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。它可以精确 方便地测算出船舶航行的速度，使现代大型船舶进出 港口变得十分容易。一般的船用测速仪只能测出船与 海水之间的速度，而不能测得船与海底的相对速度。 由于海水是随风浪而动的，有时即使船速很小，但风 浪很大时，船相对于海底的速度仍然很大，这就给船 舶靠岸造成了很大的困难。
确的物理关系式，基本上与流体的其他特征（如温 度、压力、密度及黏度）无关，通过光路计算和保 证制造精确后，可不考虑光路系统误差，系统测量 精度很高，因而可用他来校正其他类型测速仪器。
测速精度一般可达0.5%~1.0%。
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激光多普勒测速技术的特点
（5）测量量程大：因为频差与速度成简单线性 关系，不论低速或高速都不需校正，他允许有很
中小部位流速。高的空间分辨率经常使用于边界层 、薄层流体及狭通道场合的测量。
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激光多普勒测速技术的特点
（3）动态响应快：速度信号以光速传 播，惯性极小，只要配以适当的信号处理 机，可进行实时测量，是研究涡流、测量 瞬时脉动速度的新方法。
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激光多普勒测速技术的特点
（4）测量精度高：测量所采用的公式是一个精