新版激光多普勒测速实验
最新激光多普勒测速讲解ppt课件
Nd3＋:YAG激光器
突出优点：阈值低和具有优良的热学性质，这就使得它适 于连续和高重复率工作。 Nd3＋:YAG是目前能在室温下连续工作的唯一实用的固体 工作物质，在中小功率脉冲器件中，特别是在高重复率的 脉冲器件中，目前应用Nd3＋:YAG的量，远远超过其它固 体工作物质。可以说， Nd3＋:YAG从出现至今，大量使用， 长盛不衰。
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典型气体激光器(续)
离子(Ar＋)激光器：以气态离子的不同激发态之间的激发跃迁进 行工作的气体激光器。 Ar＋激光器的激光谱线很丰富，主要分布在蓝绿光区，其中， 以0.4880m蓝光和0.5145m绿光两条谱线最强。 Ar＋激光器既可以连续工作，又可以脉冲状态运转。连续功率 一般为几瓦到几十瓦，高者可达一百多瓦，是目前在可见光区 连续输出功率最高的气体激光器。 它已广泛应用于全息照相，信息处理，光谱分析及医疗和工业 加工等许多领域 。
D L N
SD2 L2 4 4N2
光程差则可以表示为 L4SNLD
cc
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。
图6-39 光纤陀螺仪示意图
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第5章 典型激光器介绍
各种工作物质、运转方式的激光器不断出现。 按工作波段分类：红外和远红外激光器、可见光激光器、 紫外和真空紫外激光器、X射线激光器。 按运转方式分类：连续激光器、脉冲激光器、超短脉冲激 光器。 按激光器工作物质分类：固体激光器、气体激光器、染料 激光器和半导体激光器。
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气体激光器
气体激光器是以气体或蒸气作为工作物质的激光器。 与其它种类的激光器相比较，气体激光器的突出优点:输出光束的质量 好(单色性、相干性、光束方向和稳定性等)。因此，在工农业生产、国 防和科学研究中，都有广泛的应用。 三种典型气体激光器： ➢ He-Ne激光器：具有结构简单、使用方便、光束质量好、工作可靠和 制造容易等优点，至今仍然是应用最广泛的一种气体激光器。主要谱 线是0.6328m红光，黄光(0.594m)、绿光(0.543m)和橙光 (0.606m、0.612m)
激光多普勒流体速度测量
激光多普勒流体速度测量系别：11 学号：pb04210264 姓名：孙翀实验目的：1、应用光学元件组装电路；2、测量流体运动的速度。
实验原理：当两束相干光作用到一匀速运动的流体上，这时同样有多普勒效应产生，干涉与流体的速度有关，我们可以通过这种现象来测量流体速度。
1、多普勒效应Doppler effect光源固定，光频率为fs ，接受器运动，速度为U ，则⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−=c l U 1f f s R r r 光源运动，接受器固定，则： ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅=c k U -1f f s R r r2、在LDA 中， 激光源固定，激光被流体中的微粒散射后进入光敏二极管D ，被固定接受器接收的激光频率为：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−=c k U -1/c l U 1f f s R r r r r3、为了避免直接测量造成的不精确，实验中采用如下方法：一束激光被分成强度相等的两束，在mcv 中聚焦，流体中的微粒同时散射两束光，其散射光的多普勒偏移（Doppler shift ）是不同的。
这个不同，Doppler frequency ，可以被精确测量：()λϕ2sin U c l l U f f 12s D ⋅=−⋅=⊥r r其中⎟⎠⎞⎜⎝⎛=2l D arctan ϕ 只需测量D 和l 即可，其意义如图所示：（图缺）代入公式即可求得流体的速度。
数据处理：1、求出角度ϕo 12.711.222.8arctan 2l D arctan =⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=ϕ2、从计算机软件记录的图像中读出f D （即信号的峰值处频率）HZ 1501f D =3、计算流体速度⊥U 由公式：λϕ2sin U f D ⋅=⊥s /m 94.212.sin72mm 108.6321150HZ 2sin f U 6D m =×××=⋅=−⊥o ϕλ实验总结本实验的关键在于光路的调整，必须要使两束干涉光聚焦在流体中心。
激光相干多普勒测速精度实验
激光相干多普勒测速精度实验LIU Bo;CAO Chang-dong;SUI Xiao-lin;YAN Zi-heng【摘要】激光相干多普勒测速雷达由于测量精度高、测速范围广、功耗体积小等优势广泛应用在风场测量、导航及飞行器着陆等方面.为了测试其测速精度,本文研制了速度发生器,搭建了高精度大速度范围的精度测试平台,利用搭建的测试平台对激光多普勒测速精度进行测量,在105.8266 m/s的速度下测得的精度为0.0383 m/s.对激光多普勒测速的精度进行了分析,提出了插值校正FFT频率、采用流水线的FFT处理方法、增加采样位数和提升采样频率等方法来提高测速精度.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)012【总页数】5页(P1486-1490)【关键词】激光测速;多普勒;测速精度;速度发生器【作者】LIU Bo;CAO Chang-dong;SUI Xiao-lin;YAN Zi-heng【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言激光相干多普勒测速雷达具有测量精度高、测速范围广、功耗体积小等优势,因此在流体速度测量[1]、风场测量[2]、无人驾驶自主导航[4]、飞行器着陆[5]等方面具有重要的研究价值。
美国宇航局针对飞船着陆应用设计研发了激光多普勒激光雷达,用于飞船着陆时测量飞船速度和高度等信息,使飞船在无人驾驶情况下自主安全着陆。
在兰利中心研发激光/激光雷达传感器的同时,NASA位于加利福尼亚的喷气推进实验室同时开发算法或数学程序,分析所获得的激光雷达数据[6]。
其测速作用距离为10～2500 m,精度1 cm/s。
国内激光多普勒雷达在导航和着陆测速方面的研究,主要研制单位有国防科技大学,北京航空航天大学及中国电子科技集团公司第十一研究所。
国防科技大学,航空航天大学主要用于车辆导航,测量装置安装在汽车底盘,其作用距离在10 m以内,测量速度最高在每秒数十米。
激光多普勒测速
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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)
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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。
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• (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 )
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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。
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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。
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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。
使用多普勒激光测速仪进行流体动力学实验的方法
使用多普勒激光测速仪进行流体动力学实验的方法流体动力学是研究流体在运动中的力学特性的学科，它在各种工程领域中起着重要的作用。
为了深入了解流体的流动特性，科学家们经常需要进行实验研究。
而多普勒激光测速仪是一种常用的实验仪器，可以帮助我们获取流体动力学实验中的数据，并从中分析流体的速度和流动模式。
多普勒激光测速仪是一种基于多普勒效应的测速仪器，使用激光束照射流体中的颗粒，并通过测量激光束的频率变化来计算流体的速度。
这种测速仪的原理较为复杂，但操作起来相对简单。
下面将介绍使用多普勒激光测速仪进行流体动力学实验的方法。
首先，需要准备一个实验装置。
这个装置通常包括一个容器，用于储存流体，以及一些流体注入和排出的设备，可以控制流体的流动。
此外，还需要安装一个多普勒激光测速仪，它通常由一个激光发射器、一个光学透镜和一个接收器组成。
接下来，将实验装置放置在一个稳定的平台上，并准备好要进行实验的流体。
可以选择不同种类的液体或气体作为实验对象，根据不同的需要选取合适的流体。
然后，将多普勒激光测速仪安装在合适的位置上。
通常，激光发射器和接收器的位置需要精确调整，以确保激光束可以准确地照射到流体中的颗粒，并能够接收到反射回来的光信号。
在进行实验之前，还需进行一些校准工作，以确保多普勒激光测速仪的精确度和准确性。
这个过程通常需要使用一些已知速度的标准物体进行校准，比如旋转的圆盘或移动的纸片。
通过与标准物体的比较，可以检验多普勒激光测速仪的测速精度。
校准完成后，就可以开始进行实验了。
首先，打开多普勒激光测速仪的电源，并调整一些设置参数，比如激光的功率和扫描速度。
然后，将流体注入实验容器中，并启动流体的流动。
注意，流体的流速和流量需要根据实验的需求进行调整。
同时，使用多普勒激光测速仪照射流体中的颗粒，并记录下反射回来的光信号。
根据光信号的频率变化，可以计算出颗粒的速度和流体的速度。
这些数据可以用来研究流体的流动模式和速度分布。
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。
一种新的双频激光多普勒测速方法的实验研究
一种新的双频激光多普勒测速方法的实验研究张艳艳;霍玉晶;何淑芳;巩轲【摘要】提出了一种新的双频激光多普勒测速方法,利用同偏振的双频激光器作为光源,并用两个线偏振光同时传感物体的速度,可以大大提高最高可测量速度.本文分析这种新方法的原理并进行了实验验证.结果表明,利用这种方法可以实现对高速运动物体速度的高精度测量.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2010(040)007【总页数】3页(P694-696)【关键词】激光多普勒测速;双频激光;高速度;偏振【作者】张艳艳;霍玉晶;何淑芳;巩轲【作者单位】清华大学电子工程系,北京,100084;清华大学电子工程系,北京,100084;清华大学电子工程系,北京,100084;清华大学电子工程系,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】TN06;TN2491 引言激光多普勒测速技术是利用激光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、能源等领域[1-2]。
目前已有的单频激光多普勒测速仪,光路调节难度大,存在频率的直流漂移,受环境影响严重,抗干扰能力差的缺点,并且信号处理比较复杂,应用受到很大的限制。
已有的外差式双频激光测速仪采用外差干涉测量原理,是交流测量系统,不存在单频激光多普勒测速仪的频率直流漂移问题,具有信号噪声小,抗干扰能力强的优点。
但是,外差式双频激光测速仪的最大测量速度受限于双频激光器的频差,最高测速一般在 1000 mm/s以下[3-4]。
它们均无法满足对更高速运动物体进行速度测量的需求。
为了实现对更高速运动物体的速度测量,本文提出一种新的双频激光多普勒测速方法,并对其进行了实验验证。
实验结果表明这种测量方法可以对高速运动物体的速度进行高精度测量。
2 双频激光多普勒测速原理已有的外差式双频激光测速仪[5-6]的测量原理如图 1所示。
双频激光器发出的光为偏振方向相互垂直的线偏振光,频率分别为ν1和ν2(其中,ν1垂直于纸面,ν2平行于纸面)。
激光多普勒流速测量技术讲解
激光多普勒流速测量技术激光多普勒流速测量技术(ＬＤＡ)是用来测量气体或液体流速的。
这项技术与传统的测量技术相比具有显著优势，它可以精确测量许多不同粒子的速度，而不需要另外的仪器校正。
这项测量技术是非侵入式的，具有很高的频率响应和大的动态范围。
ＬＤＡ技术常应用在蒸汽流测量、风洞湍流测量和内燃机燃料流测量当中。
Ｃｏｍｐｕｓｃｏｐｅ８２Ｇ数据采集卡已被证明非常适用于ＬＤＡ系统数据的采集、存储和传输。
１LDA原理系统采用连续调制激激光多普勒流速测量技术(ＬＤＡ)是用来测量气体或液体流速的。
这项技术与传统的测量技术相比具有显著优势，它可以精确测量许多不同粒子的速度，而不需要另外的仪器校正。
这项测量技术是非侵入式的，具有很高的频率响应和大的动态范围。
ＬＤＡ技术常应用在蒸汽流测量、风洞湍流测量和内燃机燃料流测量当中。
Ｃｏｍｐｕｓｃｏｐｅ８２Ｇ数据采集卡已被证明非常适用于ＬＤＡ系统数据的采集、存储和传输。
１ LDA原理系统采用连续调制激光，激光被分成两束，先经光学系统聚焦后相互垂直入射到粒子流中。
在两束激光交叉处便产生了干涉图样。
激光束的后向散射经过接收光学系统后聚焦在探测器上，再由探测器实现光电转换。
ＬＤＡ原理示意图如图１所示。
２干涉图样为了研究光电探测器接收到的信号，必须知道两束光在交叉点产生的干涉图样。
如图２所示，被测对象是一个椭球体表面对应的干涉图光强分布，光强最大的分布点在干涉图的中心。
需要指出的是?当光束角度Ｋ减小时?被测对象将会远离聚焦光束?它的长度将增加而宽度减小。
就像前面提到的那样?信号是由粒子经过干涉图样反射的散射光组成，变化的振幅代表了每个干涉图光强的变化。
多普勒脉冲串的频率称为多普勒频率。
该频率与干涉图空间常数（ｄｆ）相乘可用来测量速度。
从图３可以看出，干涉图空间常数（ｄｆ）是由激光波长（λ）除以光束反射角（Ｋ）正弦的２倍得到。
由于激光波长可以精确测量（精确到０．０１％），因此采用ＬＤＡ技术可以非常精确地测量流体速度。
激光多普勒流体速度测量
激光多普勒流体速度测量06级11系姓名:赵海波学号：PB06210381实验目的: 1.应用光学元件组装干涉光路2.测量流体运动的速度实验原理：由激光器发生的激光由半透半反镜分成两束，由透镜聚焦于石英管的中间，被水银中的镀银玻璃珠散射。
由于水流具有一定的速度，因此散射后的光线频率会发生改变。
根据多普勒效应可以得出改变值，为=式中为干涉半角值，=D×l/2.λ为激光波长。
为水流速度，沿方向的分量，由于光线垂直与水流，因此也就是实际的水流速度方向根据测量值，由最小二乘法求出水流的速度数据处理：设=由=D×l/2=29.0/105.0=0.28 可计算的=0.27He-Ne 激光器产生的激光波长为6328 故可算得=令 得02+0.3+98-3*()=0 又由=知 b=0 解得 a=m/s 所以=a=m/s注意事项1流速较高时，在短管中会有紊流。
由于微粒的速度相差很多，造成虚假的结果。
2因为流速会变慢（由于液面差的不可避免的减小），信号峰会336D i D i 114sin [()][-1.7110()]D D i i f f f f f a δθδλ===--=⨯-∑∑测测0f f a b δδδδ==3D i 1[2()]D i f f f b δδ==--∑测从低频向高频漂移，情况将有所改变，此时可以选择高些的采用频率。
3由两个不同的流速定出速度。
改变软管夹的松紧程度，要保证改变的程度非常的小。
且软管夹改变后，要等候大约2min，流体的扰动减小了，新的图象才能建立好。
实验总结：1.本实验中利用了多普勒效应原理，测量液体流速速度能达到0.1mm数量级，精度比较高，将难于直接测量的流速转化为测量散射光波的变化频率。
2.实验中误差来源除了仪器精度和读数误差外，主要是由于水流中可能存在的紊流是微粒的速度并不一致，而且随着实验的进行。
软管中的压强差发生了变化，液体的流速也会发生变化，因此实验得到的结果应该认为是一个平均值、3.在处理数据时，由于流速与变化频率是成正比的，因此用最小二乘法计算出来的结果与直接求出变化频率的平均值再代入公式=得到的结果一样。
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。
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。
新版激光多普勒测速实验
实验4.2 激光多普勒测速1842年奥地利人多普勒（J.C.Doppler）指出：当波源和观察者彼此接近时，收到的频率变高；而当波源和观察者彼此远离时，收到的频率变低。
这种现象称为多普勒效应，可用于声学、光学、雷达等与波动有关的学科。
不过，应该指出，声学多普勒效应与光学多普勒效应是有区别的。
在声波中，决定频率变化的不仅是声源与观察者的相对运动，还要看两者哪一个在运动。
声速与传播介质有关，而光速不需要传播介质，不论光源与观察者彼此相对运动如何，光相对于光源或观察者的速率相同。
因此，光学多普勒效应有更好的实用价值。
1960年代初激光技术兴起，由于激光优良的单色性和定向性及高强度，激光多普勒效应可以用来进行精密测量。
1964年两个英国人Yeh和Cummins用激光流速计测量了层流管流分布，开创激光多普勒测速技术。
激光多普勒测速仪（laser Doppler velocimeter，LDV），是利用激光多普勒效应来测量流体或固体速度的一种仪器。
由于它大多用于流体测量方面，因此也被称为激光多普勒风速仪（laser Doppler anemometer，LDA）。
也有称做激光测速仪或激光流速仪（laser velocimeter，LV）的。
1970年代便有产品上市，1980年代中期随着微机的出现，电子技术的发展，技术日趋成熟。
在剪切流、内流、两相流、分离流、燃烧、棒束间流等各复杂流动领域取得了丰硕的成果。
激光测速在涉及流体测量方面，已成为产品研发不可或缺的手段。
实验目的【1】了解激光多普勒测速基本原理。
【2】了解双光束激光多普勒测速仪的工作原理。
【3】掌握一维流场流速测量技术。
实验原理1． 多普勒信号的产生如图4.2-1所示，由光源S发出频率为f的单色光，被速度为v的粒子（如空气中的一粒细小的粉尘）P散射，其散射光由Q点的探测器接收。
由于多普勒效应，粒子P接收到的光频率为 )cos 1(1122'θc v c v f f +−= （4-9） 其中c 为光速。
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实验4.2 激光多普勒测速1842年奥地利人多普勒（J.C.Doppler）指出：当波源和观察者彼此接近时，收到的频率变高；而当波源和观察者彼此远离时，收到的频率变低。
这种现象称为多普勒效应，可用于声学、光学、雷达等与波动有关的学科。
不过，应该指出，声学多普勒效应与光学多普勒效应是有区别的。
在声波中，决定频率变化的不仅是声源与观察者的相对运动，还要看两者哪一个在运动。
声速与传播介质有关，而光速不需要传播介质，不论光源与观察者彼此相对运动如何，光相对于光源或观察者的速率相同。
因此，光学多普勒效应有更好的实用价值。
1960年代初激光技术兴起，由于激光优良的单色性和定向性及高强度，激光多普勒效应可以用来进行精密测量。
1964年两个英国人Yeh和Cummins用激光流速计测量了层流管流分布，开创激光多普勒测速技术。
激光多普勒测速仪（laser Doppler velocimeter，LDV），是利用激光多普勒效应来测量流体或固体速度的一种仪器。
由于它大多用于流体测量方面，因此也被称为激光多普勒风速仪（laser Doppler anemometer，LDA）。
也有称做激光测速仪或激光流速仪（laser velocimeter，LV）的。
1970年代便有产品上市，1980年代中期随着微机的出现，电子技术的发展，技术日趋成熟。
在剪切流、内流、两相流、分离流、燃烧、棒束间流等各复杂流动领域取得了丰硕的成果。
激光测速在涉及流体测量方面，已成为产品研发不可或缺的手段。
实验目的【1】了解激光多普勒测速基本原理。
【2】了解双光束激光多普勒测速仪的工作原理。
【3】掌握一维流场流速测量技术。
实验原理1． 多普勒信号的产生如图4.2-1所示，由光源S发出频率为f的单色光，被速度为v的粒子（如空气中的一粒细小的粉尘）P散射，其散射光由Q点的探测器接收。
由于多普勒效应，粒子P接收到的光频率为 )cos 1(1122'θc v c v f f +−= （4-9） 其中c 为光速。
同样由于多普勒效应，在Q点所接收的粒子P的散射光频率为 222'''cos )(11θc v c v f f −−=（4-10） 那么Q点接收的频率为 )cos (cos 21''θθ+=−=Δcv f f f f （4-11） 如果粒子P以速度v进入两束相干光S和S ’的交点，并在Q点接收散射光，如图4-7所示，由于S和S ’是方向不同的两束光，在Q点将产生两种接收频率。
对光束S的频率差同式（4-11），对于光束S ’的频率差为)cos '(cos '21θθ+=Δcv f f （4-12）最后得到两种频率差之差 βαλcos )2sin(2'v f f f D =Δ−Δ= （4-13） 其中λ是相干光的波长，f D 是多普勒信号频率。
在一定光路条件下，)2sin(2αλ是一个常数，于是式（4-13）可写成 v a f D ⋅=βcos （4-14）其中α是光机常数。
可见，当β为定植时（粒子运动方向不变），f D 与粒子的速度成正比关系。
因此，只要测量出f D 就可以得到速度v 。
这种用两束光相交与测量点的LDV方式称为双光束LDV或差动LDV，是一维流场测量最常用的方法。
S Q图4-7双光束多普勒信号的产生图 4-6 多普勒信号的产生 2． f D 信号的接收这里以双光束LDV光路为例，讨论f D 信号的接收。
为了使问题简化，设β为0，即粒子运动方向与两束光夹角平分线垂直，见图4-7。
注意到光路的对称，两束光在Q点散射光的角频率差，由式（4-7）和（4-8）可知ωωΔ−=Δ'。
在两束光功率相等时，Q点的接收的光强分别为])cos[(101ϕωω+Δ+=t E E （4-15）])cos[(202ϕωω+Δ−=t E E （4-16）其中ω为相干光的角频率。
光敏探测器，如APD(雪崩光敏二极管)，的输出电流与入射光强的平方成正比。
探测器的输出电流为2212)()(E E k kE t I +== （4-17）其中k 为表征探测器灵敏度的系数。
将式（4-15）和（4-16）代入式（4-17），整理后)]222cos()222cos( )2cos()2cos(1[)(21212120ϕωωϕωωϕϕωϕϕω+Δ−+−Δ+++++−+Δ+=t t t t t t kE t I （4-18）由式（4-18）可知，光电流I(t)应由直流分量、差频项2Δω、倍频项2ω频率成分组成。
但由于探测器能够输出的光电流信号频率远远低于相干光的频率，因此在光电流I(t)中只能出现差频项2Δω和直流分量。
探测器输出的光电流为（4-19） )]2cos(1[)(2120ϕϕω−+Δ+=t kE t I 根据上式即可测量出多普勒信号频率f D ，得到粒子的速度。
由于激光束横截面上光强为高斯分布，粒子只有进入两光束相交的区域才能产生散射，一个粒子的信号波形如图4-8所示。
前面所说的直流分量实际上是一个低频分量,由图中的虚线表示。
频率为f D 的波迭加到这个低频分量上，波形的包络线近似高斯曲线。
图4-8 一个粒子产生波群图4-9 双光束LDV的光路图3． 用干涉条纹区解释双光束LDV对于双光束LDV有一种不涉及多普勒效应的简单解释。
见图4-9两束相干光相交，由于干涉现象，会产生一个干涉条纹区，条纹间距为)2sin(2αλ=S （4-20） 如果一个尺寸小于条纹间距的粒子，以速度v进入条纹区，由于光强明暗相间的结果，每当粒子运动到明场时将散射出一个光脉冲；通过条纹区，将散射出一串光脉冲。
通过简单的计算，可知脉冲串的频率为βαλcos )2sin(2v f D = （4-21） 结果和式（4-13）完全一样。
用干涉条纹区解释双光束LDV，比较简单，但不能解释多普勒信号的波形特点。
可以证明，无论从任何方向接收条纹区的散射光，其多普勒信号的频率f D 都是相同的，其波形特点也是相同的。
因此可以用一组透镜将来自条纹区的散射光汇集于一点，以大大提高接收信号的强度。
4． 散射粒子的速度代表流体的速度在流体中，有许多尺寸为微米级的小粒子，其质量很小，运动速度可以跟得上流体的速度变化。
足够多的粒子流经流场中的某一点时，虽然它们的速度会有差别，但速度的统计平均就可以代表场点的流速。
5． 多普勒信号处理多普勒信号分为频谱分析法、频率跟踪解调法、计数法等几种处理方法。
在本实验中，首先对多个单列波群分别做频谱分析，得到一系列普勒信号频率f Di ；再计算这些频率f Di的统计平均值，如求算术平均值，得到表示流速的频率f D；最后由式（4-21）得到流速v。
为了波群号携带的噪声和干扰，需要对信号进行滤波等处理。
当一个粒子进入条纹区时，探测器输出的信号经放大、滤波后，成为一个上下对称的、包络线近似高斯曲线的多普勒波群。
其中高通滤波器(LPF)用来消除“基座”，即前面说的多普勒信号直流分量。
低通滤波器(HPF)用来消除信号由于干扰和噪声迭加上的“毛刺”。
图4-10 LDV信号处理方框图图4-11是经信号处理后的单个粒子的波群信号，一般在粒子较少的气体流速测量中往往会得到这样的信号。
波群信号下面是它的频谱曲线，这里只显示出了基频，右侧的图表显示基频及各次谐波的幅度值。
其中的基频就是该波群的多普勒频率f Di。
图4-11 单个粒子信号及频谱实验装置1．激光流速仪光路部分2．LDV信号处理器3．DSO-2105 USB PC Based 数字示波器4．PC机5．流场光路采用典型的双光束LDV布局，如图4－12所示。
图4-12 实验光路图其中M1、M2是全反射镜，S1是5:5分光镜，L1是焦距f1=100mm的凸透镜，L2是焦距f2=38mm的凸透镜，挡光板用来遮住两束直射光。
方形玻璃管内是被测水流，如果测量气流，则无需玻璃管，只要将吹风机对准条纹区即可。
实验步骤1．调整发射部分。
按照图4－12搭建、调整光路。
相互平行两束光的间距S=20～25mm。
搭建光路时先不要将玻璃管、L2和光敏探测器摆到光路中。
将白屏放到L1焦距处，仔细调整S1、M2和L1的角度、高度和距离等，使两光点重合。
再将检查镜放到L1焦点处，白屏放到前方约1m处，观察两光点是否严格重合及条纹情况；通过微调M1反射镜支架上的两个调节螺丝，得到清晰的条纹区。
2．调整接收部分。
将玻璃管放到测量位置，调整位置，使两光束交点位于玻璃管正中。
L2和光敏探测器的位置如图4－12所示，可取a＝b＝2*f2＝76mm。
仔细调整L2和光敏探测器，使两光点交于探测器小孔内的探测窗上。
3．将挡光板套在L2的透镜座上，挡住两束直射光。
4．将用直角狭缝挡住玻璃管两出射光点，以提高信噪比。
5.将信号处理器的APD电压调到第一条刻度线，衰减器预置为－4db，根据预估流速范围设定HPL和LPL。
打开信号处理器、USB示波器和产生流场的水泵。
6.观察多普勒波形，调整信号处理器的各项设置和示波器，出现理想波形。
如果未出现波形，应关上信号处理器电源，重复步骤2～6。
7. 通过改变水泵电压，产生5种流速，每种流速记录16个波群的频率值，并记录各次测量的实验条件。
8. 测量风速，具体步骤和以上类似。
数据处理1.计算各流速的统计平均值，画出速度分布曲线。
2.画出水泵电压和流速的关系曲线。
注意事项1．调整光路时不得开信号处理器电源，必须装好挡光板，挡住两束光，才能开信号处理器。
2．注意对光学器件的保护，不得触碰、严禁擦拭各光学面。
3.调整光路时防止磕碰，不要拧松支杆和镜架等处的连接螺纹。
回答问题1．为什么要实验步骤2的最后强调“装好挡光板，挡住两直射光”？2．图4-12中两光束间距S为什么不能太大？3．欲测量高速气体，对仪器有哪些要求？在使用相同信号处理器的情况下，如何改变光路以提高待测流速上限？4．在本实验中，能否用半导体激光器取代氦氖激光器？参考文献1．L.E.Drain.The Laser Doppler Technique， John Wiley &Sons Ltd, 1980. 2．沈熊.激光多普勒技术及应用， 北京：清华大学出版社，2004.。