激光多普勒测速

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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。

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。

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。

激光多普勒测速仪介绍(LDV)

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。

激光多普勒测速仪(LDV)相位多普勒粒子分析仪(PDPA)

L2
在差动多普勒技术中，相交光束产生的条纹图
条纹间距：
f
F 2sin( / 2) s
LDV测速的关键参数，可用速度标定工具来检验
粒子速度： v fD f
椭球型控制体基本参数：
直径：
dw
4F d
宽度：
L1
dw cos(
/
2)
长度：
L2
dw sin( /
2)
8F 2 ds
1.2 激光多普勒测量原理
粒子大小和浓度测量：信号可见度法
信号底基幅值法
在多普勒信号中有可见度的定义： V Imax Imin I max I min
可见度和球形颗粒度的关系，可近似用第一类一阶贝塞尔函数的形式来
表示：
V 2J1(d p / f ) d p / f
J1：一阶贝塞尔函数 dp：粒子直径 f：干涉条纹间距
2.5 PDPA应用实例
PDPA测量喷射燃料粒子场
两束激光束相交处为测量区域, 在该区域形成干涉条纹, 喷雾场粒子通过该区域, 接收探头接收到折射和散射光信号, 经信号分析和数据处理, 得到粒子速度和粒径信息。
实验结果
左图为PDPA 测量粒径统计分布结果, 横坐标为喷雾粒径, 单位为μm, 纵坐标为统计个数。
1. 由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽， 2. 由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度、
压力没有关系； 3. 消除了由于散射光干涉带来的复杂问题； 4. 对采样体的精确确定，使得在测量粒子速度和粒径的
同时，也可以测量粒子的密度和体积流量； 5. 信号处理技术的优势提高了数据的可靠性； 6. 目前还只能被用在固体浓度较低的环境中。
全息摄影与普通摄影的区别

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。
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

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

因此，两迭加光波相位差固定不变是产生干涉的必要条件。
此外，还要求两列光波的光程差最大不超过光波的波列长度，
这也是两束光相干的条件。
两束入射光的相交区域叫控制体积，光检测器接收到的散沙光区域叫测量体。控制体是一个椭球体，这是由于两束入射的激光光强按高斯分布的结果。控制体的几何参数决定了 LDV的空间分辨率。关系。fsfp
(1

U
es c
)
fP f0

c
c
2

U
e0
(U e0
)
2

f0

1

U

e0 /
c
1 (U e0 )2
c
图8-1 静止光源、运动微粒、和静止光检测器
• 根据相对论变换，运动微粒P接收
到的光波频率fp近似为:
( 5 - 1 ) fP f0
Processor Detector
Flow with particles d (known)
Signal t (measured)
Time
Bragg Cell
Laser
后散射光
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

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。