激光多普勒测速技术的应用

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。
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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

激光多普勒测速技术原理及其应用

激光多普勒测速技术原理及其应用作者：陈益萍来源：《电子世界》2013年第07期【摘要】激光多普勒测速仪（简称LDV）以其测速精度高、测速范围广、空间分辨率高、动态响应快、非接触测量等优点正快速地发展成为众多领域中一种最常见的测定工具。

本文首先详细介绍了激光多普勒测速技术的基本原理，然后总结了激光多普勒测速技术在各个领域的应用，最后探讨了未来激光多普勒测速技术的发展方向。

【关键词】激光多普勒测速；频移；外差检测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）[1]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[2-3]。

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.激光多普勒效应3.光外差在激光测速仪中有三种常见的外差检测光路基本模式，它们是参考光模式、单光束-双散射模式和双光束-双散射模式。

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
2018/10/20
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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。
1
激光多普勒测速和激光测距
2
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
2018/10/20
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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
2018/10/20

激光相位多普勒技术

激光相位多普勒技术
激光相位多普勒技术是一种用于测量目标速度的高精度光学测量方法。

它基于多普勒效应和激光干涉原理，常用于测速、运动检测和遥感等领域。

以下是关于激光相位多普勒技术的一些基本原理和应用：
基本原理：
多普勒效应：
多普勒效应是指当光源和观测者相对运动时，光的频率发生变化。

对于激光相位多普勒技术，激光被用来照射目标，目标反射的光发生多普勒频移，该频移与目标速度成正比。

相位测量：
利用激光干涉原理，测量目标反射光的相位差。

相位差与多普勒频移相关，通过测量这个相位差可以确定目标的速度。

激光干涉：
激光被分成两束，一束直接照射到目标，另一束经过光程延迟器后照射到目标。

两束光在目标处发生干涉，产生干涉图样。

目标的运动导致了相位差的变化，通过测量这个相位差可以计算目标的速度。

高精度测量：
激光相位多普勒技术具有高精度和高分辨率的优点，适用于需要非常精确速度测量的应用，如气象雷达、交通监控、激光雷达等领域。

应用领域：
气象雷达：
用于测量大气中的风速。

激光相位多普勒技术可以提供对风场的高分辨率测量，用于气象研究和天气预测。

交通监控：
用于测量车辆的速度，可应用于交通管理、高速公路监控等领域。

激光雷达：
在激光雷达中，激光相位多普勒技术可用于测量目标的速度，常用于军事、安防和导航系统中。

医学影像：
在医学成像中，激光相位多普勒技术可用于测量血流速度，常应用于超声血流仪等设备。

总体而言，激光相位多普勒技术在需要高精度速度测量的各种应用中发挥着重要作用，提供了一种非常灵敏和精准的测量手段。

激光多普勒效应在测速技术上的应用

激光多普勒效应在测速技术上的应用1842 年，奥地利科学家Doppler Christian Johann 首次发现，任何形式的波传播，由于波源、接收器、传播介质或散射体的运动，会使频率发生变化，即产生Doppler 频移。

1905 年，爱因斯坦证明了在光波中也存在多普勒效应。

1960 年，第一台激光器的诞生为观察光波中的多普勒效应提供了单色性好、方向性好、功率强的光源。

Ye h 和Cummins 在1964 年利用激光多普勒测速测得层流管流分布，开创了一门崭新的测量速度的激光多普勒技术，发展了激光多普勒测速(LDV)。

多普勒效应是LDV 测速方法实现的理论基石。

任何形式的波传播，由于波源、接收器、传播介质或中间反射器或散射体的运动，会使波的频率发生变化。

奥地利科学家多普勒(Doppler)于1842 年首次研究了这个现象：当观察者向着声源运动时，他听到较高的声调；相反的，如果观察者背着声源运动，听到的音调就较低；假如声源运动而观察者不动，其效应也相同，这就是多普勒现象，这种频率变化称作为多普勒频移。

爱因斯坦1905 年在他的狭义相对论中指出，光波也具有类似的多普勒效应。

只要物体会散射光线，就可以利用多普勒效应来测量其速度。

1964 年Ye h 和Cummins 首次观察到了水流中粒子的散射光频移，证实了可利用多普勒频移技术来确定流动速度。

激光多普勒测速(LDV, Laser Doppler Velocimeter) 技术是一种非接触式测量技术，它利用流体中或固体表面的散射粒子对入射激光的散射，并通过光电探测器探测此散射光的频移，根据其中所包含的速度信息(粒子散射光的频移与粒子速度呈简单线性关系)得到流体或者固体的运动速度。

它可通过控制光束精确地控制被测空间大小，使光束在被测点聚集成为很小的测量区域(仅为千分之几立方毫米)，获得分辨率为20～100 微米的极高的测量精度。

从原理上讲，LDV 响应没有滞后，能跟得上物体的快速脉动。

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(LDV)与粒子成像测速(PIV)的应用

图像采集和速度场计算
由一台基于微机的控制器完成
通过改变PI V 系统的延迟时间, 得到不同喷雾时刻的速度矢量图。
实例4：柴油机燃油喷射雾化的PIV 测量试验研究
PIV 通过CCD 和采集卡, 获得粒子图像.
在喷雾液滴的两相流场内, 由于粒子像太多, 不能用跟踪单个粒子轨道的方法( PTV) 来获得速度信息.
3.LDV与PIV测量原理
激光多普勒测速原理
微粒接受到的光波频率与光源频率会
有差异，差异大小同微粒运动速度的
单一频率的激光照射大小和照射光与微粒速度方向之间的
运动微粒
夹角有关。
微粒以一定速度穿过时
接收散射光的多普频移获得微粒速度
若微粒速度与流体团速度一致，则可以获得该点的流场速度。其关系如下：
Satoru Sasak i等运用自相关PIV 技术, 从曝光图像中得到了喷雾周围的空气流动速度。研究结果显示, 喷射开始后喷油嘴周围的空气被喷雾前端向外挤压, 随后流速向相反方向进行。 M iyazak i等将PIV 技术成功应用到水平管内螺旋气固两相流粒子运动, 实验中包括用粒子群获得的高密度图象模型来得到速度, 对单个粒子的追踪来得到低密度粒子数。
激光多普勒测速（LDV）与粒子成像测速（PIV）在柴油机流场
特性方面的应用
报告主要内容
1. 意义与背景 2. 国内外研究现状 3. LDV与PIV测量原理 4. 实例应用介绍 5. LDV与PIV测试方法对比 6. 适用范围 7. 影响测试精度因素与测量误差分析 8. LDV与PIV局限性 9. LDV与PIV展望 10.参考文献
激光多普勒测速技术应用于浓缩燃烧器湍流流场的测量：在煤粉浓缩燃烧器中加入示踪颗粒,利用激光多普勒测速技术对湍流流场的速度场及湍流参数进行测量研究,通过自动数据采集及处理分析系统,获得不同钝体结构的煤粉浓缩燃烧器的速度及湍流强度分布。

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。

激光多普勒测速

69年，Rudd提出干涉条纹模式，进一步说明激光多普勒测速的基本原理。
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如图5-3所示，两束平行的、相干细光束在透镜后焦点形成相交区，该相交区称为控制体。
在控制体中存在着明暗相间的干涉条纹，由几何关系可得条纹间距df为:

d f

2 sin 2
(5-9)
32
首先考虑两个同频率、同振动方向、初相位为零的单色光波的叠加
测器方向的单位向量。
25
• (5-1)代入(5-2)，忽略高次项，得到
：
fS

f0
(1

e0
c
)
1

veS c

f0 1
v(eS e0 ) c
(5-3)
光检测器接收的光波频率与入射光波频率之差叫多普勒频差或频移。
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f多D 普勒fS频移f用0 fD表f0示v(：eSc e0 )
18
声学中的多普勒现象
当你站在火车站台上鸣笛的火车进站时，你感到笛声变得尖了，即笛声频率变高；相反，火车鸣笛离开站台，你会感到笛声变得低沉，即笛声频率变低。这种因波源和观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到的波源频率发生变化的现象叫多普勒效应。
19
如果运动发生在波源和观察者的连线上，假设波源相对于介质的运动速度为u，波源的波长为，观察者相对介质的运动速度为v，波源原来的频率为f0，波源在介质中的传播速度V，对下述四种情况可分别求得观察者接收到的频率f。
9
2. 全息干涉测速法
在被测流体中掺粒子示踪剂，通常用双脉冲激光作光源，通过双曝光拍摄相隔t的两幅粒子图于同一块干版上。利用再现粒子场的实像图，求出粒子对间的位移大小和方向，再由 v=s/t求出速度场。

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。

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。
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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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激光多普勒实验报告

激光多普勒实验报告激光多普勒实验报告引言：激光多普勒实验是一种通过激光技术来测量运动物体速度的方法。

本次实验旨在通过激光多普勒测速仪器，探索其原理和应用，并对实验结果进行分析和讨论。

一、实验装置和原理实验装置主要包括激光多普勒测速仪、运动物体、光电二极管等。

激光多普勒测速仪利用激光束照射到运动物体上，当激光束与物体表面发生相互作用时，光的频率会发生变化。

通过检测光的频率变化，可以计算出物体的速度。

二、实验步骤1. 将激光多普勒测速仪放置在合适的位置，并调整仪器参数。

2. 将运动物体放置在测速仪的测量范围内，保证物体与激光束的相互作用。

3. 启动测速仪，记录测量结果，并进行多次测量以提高数据准确性。

4. 对实验数据进行处理和分析。

三、实验结果与讨论通过多次测量，我们得到了一系列物体的速度数据。

根据这些数据，我们可以进行进一步的分析和讨论。

首先，我们观察到物体的速度与激光束的频率变化呈线性关系。

这是由于多普勒效应导致的，即物体的运动会改变激光的频率。

根据多普勒效应的公式，我们可以推导出物体的速度与频率变化之间的关系。

其次，我们发现在物体靠近测速仪时，频率变化较大；而当物体远离测速仪时，频率变化较小。

这是因为当物体靠近测速仪时，激光束与物体的相对速度较大，导致频率变化较大；而当物体远离测速仪时，激光束与物体的相对速度较小，频率变化也较小。

此外，我们还观察到物体的速度与激光束的入射角度有关。

当物体与激光束的入射角度增大时，频率变化也会增大。

这是因为入射角度的增大导致物体在激光束方向上的分速度增大，从而引起频率变化的增大。

综上所述，通过激光多普勒实验，我们可以准确测量运动物体的速度，并了解到物体速度与激光束频率变化之间的关系。

这对于研究运动物体的运动规律以及应用于交通运输、气象预报等领域具有重要意义。

结论：激光多普勒实验是一种有效的测速方法，通过测量物体与激光束的相互作用，可以准确测量物体的速度。

实验结果表明，物体的速度与激光束的频率变化呈线性关系，并受到入射角度的影响。

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。

多普勒激光雷达的工作原理和应用

多普勒激光雷达的工作原理和应用1. 激光雷达简介•激光雷达是一种使用激光束来测量距离和速度的传感器技术。

•激光雷达通过发射激光束并接收由目标物体反射回来的光信号来实现测量。

2. 多普勒效应•多普勒效应是指当光源和接收器之间相对运动时，被接收到的光的频率会发生变化的现象。

•多普勒效应包括多普勒频移和多普勒展宽两种现象。

2.1. 多普勒频移•当光源和接收器相对运动时，接收到的光的频率会发生变化。

•如果光源和接收器相互靠近，则接收到的频率会增加，称为正频移。

•如果光源和接收器相互远离，则接收到的频率会减小，称为负频移。

2.2. 多普勒展宽•多普勒展宽是指接收到的光的频率分布宽度增加的现象。

•多普勒展宽可以用于测量目标物体的速度。

3. 多普勒激光雷达的工作原理•多普勒激光雷达利用多普勒效应，通过测量目标物体反射回来的光的频率变化来计算目标物体的距离和速度。

3.1. 发射激光束•多普勒激光雷达通过激光发射器发射出一束激光束。

•激光束可以是连续的或者脉冲的。

3.2. 接收反射光信号•多普勒激光雷达的接收器接收到目标物体反射回来的光信号。

•接收到的光信号中包含了目标物体的距离和速度信息。

3.3. 频率变化测量•多普勒激光雷达通过测量接收到的光信号的频率变化来计算目标物体的速度。

•频率变化是由于接收器和目标物体之间的相对运动造成的。

3.4. 距离计算•多普勒激光雷达利用测量到的频率变化以及光的速度，可以计算目标物体和激光雷达之间的距离。

4. 多普勒激光雷达的应用•多普勒激光雷达在许多领域都有广泛的应用。

4.1. 基于速度测量的应用•多普勒激光雷达可以用于测量目标物体的速度。

•这在交通监控领域特别有用，可以用于测速以及交通流量统计。

4.2. 精确测距的应用•多普勒激光雷达可以用于测量目标物体的距离。

•这在无人驾驶汽车、机器人导航等领域中非常重要。

4.3. 目标识别和追踪的应用•多普勒激光雷达可以通过测量目标物体的速度和距离，实现目标的识别和追踪。

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。

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。