激光多普勒测速技术介绍及发展史
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。
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[仅供参考]
![激光多普勒测速[仅供参考]](https://img.taocdn.com/s3/m/185d9808168884868762d6b3.png)
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激光在工程中的应用
激光得到越来越广泛的应用。例如，在工艺制 造方面，微孔的加工，激光切割，焊接，精密 测长、定位等等。在计量科学方面，激光用于 测长基准、激光测速、测距、测扭、测压、测 角、测温等。在国防科学方面，激光雷达、激 光制导、激光通讯、引爆、致盲、激光炮、激 光枪等。在全息摄影、光学信号处理、流场显
通过双曝光将两幅粒子场记录在同一 块胶片或干版上，
再利用逐点分析或全场分析求出粒子 对的位移场，最后转换成速度场。
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当流速很快时，可用连续片光照 明，用高速摄影机拍摄一系列粒 子图。
再通过相关运算求出位移场，进 而求出各粒子场的速度。
散斑法只能记录一个平面内的粒 子场速度信息。
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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。
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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。
§8.2 激光多普勒测速法(LDV)
60年第一台氦-氖激光器诞生，64年 世界上就出现了激光多普勒测速仪。 20多年来，激光多普勒测速技术有了 很大的发展，这是测量技术上的一个 重大突破。
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多普勒测速是通过检测流体中运动微粒 散射光的多普勒频移来测定速度的。
激光多普勒测速属于非接触测量，激光 作为测量探头不干扰流场。
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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
11.激光多普勒测速技术_LDV_
4. 空间不同方向上的散射光之间还存在相位差。
8.2 基本原理
8.2.2 示踪粒子
m2
>> 粒子的光散射性
粒子的有效散射截面与粒子直径的关系：
几何截面 Nd：YAG(532nm) 瑞利散射
颗粒直径
颗粒直径 → μm
8.2 基本原理
8.2.3 信号采集和处理
>>> 如何提取多普勒频移？
瑞利(Rayleigh)散射
8.2 基本原理
8.2.2 示踪粒子
>> 粒子的光散射性
3. 当粒子直径逐渐增大，散射光强度分布逐渐偏离对称， 前向比后向散射更多的光线，这种效应称为米氏效应。
8.2 基本原理
8.2.2 示踪粒子
>> 粒子的光散射性
3. 当粒子直径逐渐增大，散射光强度分布逐渐偏离对称， 前向比后向散射更多的光线，这种效应称为米氏效应。
实验现场照片，玻璃窗厚度不到3mm
8.4 典型应用案例
LDV的应用示例
示踪粒子
94.2%叶高回转面内的马赫数分布
8.4 典型应用案例
LDV的应用示例
转子出口1截面切向湍流脉动速度
转子出口2截面切向湍流脉动速度
8.4 典型应用案例
LDV的应用示例
不同转速下叶尖泄露流的发展演化过程
>> 光学频移
LDV测量是否有速度幅值的限制？
8.2 基本原理
8.2.3 信号采集和处理
>> 光学频移
频移的第二个功能是实现高湍流度流场的测量！
基底信号与多普勒频 谱的混叠
频移后的信号频谱
8.2 基本原理
8.2.3 信号采集和处理
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介绍及发展史
激光多普勒测速概述:利用光的多普勒频移效应,用激光作光源,测量气体、液体、固体速度的一种装置.1842年奥地利物理学家C。
多普勒发现了声波的多普勒效应。
1905年A。
爱因斯坦在狭义相对论中指出,多普勒效应也能在光波中发生。
光照射到运动的粒子上发生散射时，散射光的频率相对入射光的频率发生变化。
频率的偏移量与运动粒子的速度成正比.当流场中散射粒子的直径与入射光的波长为同一量级,且散射粒子的重量与周围流场粒子重量相近时，散射粒子的运动速度基本上代表流场的局部流速。
美国Y.耶和H.卡明斯于1964年第一次报道利用激光多普勒频移效应进行流体速度测量。
激光多普勒测速计包括光学系统和信号处理系统。
光学系统将激光束照射到跟随流体运动的粒子上,并使被测点(体积）的散射光会聚进入光电接收器。
按接受散射光的方式光学系统可分为前向散射型、后向散射型和混合散射型.按光学结构可分为参考光型、双散射型、条纹型和偏振光型。
图6为前向双散射型原理图。
光电接收器（光电倍增管、硅光二极管等）接收随时间变化的两束散射光波，经混频后输出信号的频率是两部分光波的频率差，与流速成正比。
采用信号处理系统把反映流速的真正信息从各种噪声中检测出来，并转换成模拟量或数字量,作进一步处理或显示。
常用的信号处理器有频率分析仪、频率跟踪器、计数式处理器等。
从原理上讲,激光多普勒测速计是直接测量速度的唯一手段.在风洞实验中可用它测量局部速度、平均速度、湍流强度、速度脉动等,适用于研究激波和边界层的分离干扰区、旋翼速度场、有引射的边界层以及高温流等.测速仪器或装置的测速范围从0。
05厘米/秒到2000米/秒。
测量高速时受光电器件频率响应范围的限制。
实验中,有时需要用专门的粒子播发装置把不同大小的粒子掺入气流中。
由于散射粒子惯性等的影响，粒子运动速度滞后于流体，因而测速精度较低，湍流度高时精度更低.原理:由布拉格单元输出的两束强度相同的光，其中一束被加了一个频移.这两束光通过聚焦进入光纤，然后被传输到探头。
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。
激光多普勒原理__概述说明以及解释
激光多普勒原理概述说明以及解释1. 引言：激光多普勒原理是一种利用多普勒效应进行测量的技术，通过激光束和物体表面相互作用，实现对物体运动速度或者涡旋速度的测量。
这项技术发展至今已经具有广泛的应用领域，涵盖了医学、气象、航空航天等多个领域。
在过去的几十年中，随着技术的不断进步与创新，激光多普勒技术取得了显著突破与进展。
从最初的实验室探索到现在的工业应用及研究项目，激光多普勒技术已经成为许多行业中不可或缺的测量工具。
本文将详细介绍激光多普勒原理以及其应用领域，在深入探讨技术发展历程的基础上，重点分析了该技术在医学和气象领域的具体应用。
最后，通过总结目前的研究现状和展望未来发展方向，为读者提供对这一领域更深入了解的视角。
愿通过本文阐述能够为相关研究人员提供参考，并为该技术未来发展指明方向。
激光多普勒原理是利用激光和多普勒效应相结合的一种测量技术。
多普勒效应是指当光源（或声源）和观察者之间相对运动时，观察者接收到的频率会发生变化。
在激光多普勒测量中，激光束被照射到目标物体表面，其中一部分散射回来并通过多普勒原理进行频率变化分析，从而获取目标物体的速度信息。
该技术主要包括以下几个步骤：首先是发射激光束到目标物体表面后，被散射回来的光经过接收器收集，并转换为电信号；然后利用频谱分析等方法处理这些信号，根据频率偏移计算出目标物体的速度信息。
激光多普勒技术具有高精度、无损伤性、远距离测量等优点，在工业、医学、气象等领域有着广泛的应用。
在医学领域中，激光多普勒技术可以用于心血管系统诊断和治疗，如检测血流速度和方向、评估动脉硬化情况等。
而在气象领域中，该技术可用于风速测量、大气污染监测等。
此外，在航空航天、交通运输以及环境监测等领域也有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步与创新，激光多普勒技术在未来还将有更加广阔的发展空间。
因此，继续深入研究与探索该技术的应用和改进将是至关重要的。
最后感谢所有支持与参与本篇文章撰写工作的人员，希望大家共同努力推动激光多普勒技术不断取得新突破，在各个领域得到更广泛地应用！3. 激光多普勒技术发展历程：激光多普勒技术是一种通过激光光源测量目标速度的高精度技术。
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局限性
a、被测流体要有一定的透光度，管道要有透明窗口。试验段一般采用透明的有机玻璃，但若测量精度要求很高,通常采用光学玻璃；
b、测纯净的水或空气时，须人工掺入适当的粒子作散射中心，并对粒子尺寸有一定要求；
c、流速很高时，要求提高激光输出功率，另外由于信号频率高而使信号处理困难；
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。
1、迈克尔逊干涉型测速仪：（测速体积比较大的固体材料，对信号检测系统的带宽有较高的要求）
2、差分混频单频激光多普勒测速仪（只能测量很低的速度）
3、单频激光速度干涉仪（不能测量匀速运动的物体速度）
下面详细介绍适用于风洞测速技术的激光多普勒测速仪（LDV）详见上面的介绍
目前的单频激光多普勒测速仪存在着直流漂移，抗干扰能力差的缺陷；正交偏振双频激光多普勒测速仪不存在直流漂移，抗干扰能力强，但是，它的测速上限受限于所采用双频激光器的频差，无法满足对高速运动物体进行速度测量的需求，可以通过研制大频差双频激光器来提高这种测量方法的测速上限；采用双频激光同时照射到运动物体上以传感运动速度的ＨＨ型双频激光多普勒测速仪能够有效提高可测速度上限，扩大测速范围。
为了修正其中的一些缺陷，最近发展了双频激光多普勒测速仪
双频激光多普勒测速仪不同于单频激光多普勒测速仪，采用双频激光器作为光源，能够克服单频激光多普勒测速仪易受测量环境影响的缺点，抗干扰能力强，具有较高的信噪比。
分为正交偏振双频激光多普勒测速仪和ＨＨ型双频激光多普勒测速仪
正交偏振双频激光多普勒测速仪：外差式双频激光多普勒测速仪的最大测量速度取决于双频激光器的频差。至今已见报道的此类测速仪所用的双频激光器的频差还不够高，限制了它们的测速范围
ＨＨ型双频激光多普勒测速仪：不同于正交偏振双频激光多普勒测速仪必须采用偏振方向相互垂直的线偏振双频激光器作为光源，这种测速仪既可以采用同偏振的线偏振双频激光器作为光源，也可以采用垂直偏振的线偏振双频激光器作为光源。这种测速仪的优点是结构简单，使用方便，测速上限高，具有大的测速范围。
激光多普勒测速
概述：利用光的多普勒频移效应，用激光作光源，测量气体、液体、固体速度的一种装置。1842年奥地利物理学家C.多普勒发现了声波的多普勒效应。1905年A.爱因斯坦在狭义相对论中指出，多普勒效应也能在光波中发生。光照射到运动的粒子上发生散射时，散射光的频率相对入射光的频率发生变化。频率的偏移量与运动粒子的速度成正比。当流场中散射粒子的直径与入射光的波长为同一量级，且散射粒子的重量与周围流场粒子重量相近时，散射粒子的运动速度基本上代表流场的局部流速。美国Y.耶和H.卡明斯于1964年第一次报道利用激光多普勒频移效应进行流体速度测量。
d、价格较贵，且有一定的防震要求。
改善措施：
实验时需要选用线宽较窄的激光器；选用孔径较小的探测器；在满足外差干涉条件的情况下, 适当增大两光束光轴之间的夹角；在保证信号强度的前提下, 适当增大待测点到半透半反镜上有效光斑中心的距离，以减小系统的测量误差。
激光多普勒测速的未来发展趋势
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，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
激光的粒子上，并使被测点（体积）的散射光会聚进入光电接收器。按接受散射光的方式光学系统可分为前向散射型、后向散射型和混合散射型。按光学结构可分为参考光型、双散射型、条纹型和偏振光型。图6为前向双散射型原理图。 光电接收器（光电倍增管、硅光二极管等）接收随时间变化的两束散射光波，经混频后输出信号的频率是两部分光波的频率差，与流速成正比。采用信号处理系统把反映流速的真正信息从各种噪声中检测出来,并转换成模拟量或数字量,作进一步处理或显示。常用的信号处理器有频率分析仪、频率跟踪器、计数式处理器等。从原理上讲，激光多普勒测速计是直接测量速度的唯一手段。在风洞实验中可用它测量局部速度、平均速度、湍流强度、速度脉动等，适用于研究激波和边界层的分离干扰区、旋翼速度场、有引射的边界层以及高温流等。测速仪器或装置的测速范围从0.05厘米/秒到2000米/秒。测量高速时受光电器件频率响应范围的限制。实验中，有时需要用专门的粒子播发装置把不同大小的粒子掺入气流中。由于散射粒子惯性等的影响，粒子运动速度滞后于流体，因而测速精度较低，湍流度高时精度更低。
优点：
a、无接触测量，测量过程对流场无干扰；
b、空间分辩率高,适用于边界层、薄层流体及狭通道流体的测量；
c、动态响应快，可进行瞬时测量，是研究紊流,测量瞬时速度的新方法；
d、测量精度高，该仪器的基本原理是一个精确的物理表达式，基本上与流体的其它特性无关；
e、利用测须差来测速度，由于须差和速度从低速到高速是一个线性关系式，故不需校正，并且频移的可测速度范围很大；
原理：由布拉格单元输出的两束强度相同的光，其中一束被加了一个频移。这两束光通过聚焦进入光纤，然后被传输到探头。这些光经过一个聚焦透镜在探测体内相交于一点。
在探测体内，由于光的干涉现象，光的强度被调整而产生一组干涉条纹,条纹的方向与两束入射光的的角平分线平行。由两列相干涉平面波相互干涉的结果可知，干涉条纹的距离是由激光的波长和两光束的角度决定的： 式中λ——入射光的波长； θ——入射光束的夹角。当示踪粒子在垂直于干涉条纹方向上随流体以速度V穿过条纹时，若粒子位于条纹的亮区，则对光的阻挡及散射最大，相反对光的阻挡及散射最小。因此，散射光中包含了一个多普勒频移，在条纹之后接收到的光信号是一个调制量，它与和这两个光束等分线垂直的速度分量成比例。光电探测器把光强度的波动转化成电信号，即多普勒脉冲。多普勒脉冲在信号处理器中被过滤和放大，然后经过频率分析（诸如快速傅立叶变换）确定多普勒频率，进而获得粒子的速度信息。