《激光多普勒测速》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光多普勒测速（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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: 陈 静 学 号： 成 绩: 任课教师评语: 签名： 年 月 日 激光多普勒测速技术一、引言激光多普勒测速技术即DV（aser DopplerVeloimetry)是随着着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术,它是运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。激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段。第一种阶段是64至172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朴，用多种元件拼搭而成,光学
2、性能和效率不高,使用调准也不以便2。第二个阶段是13至0年,在此期间,激光测速在光学系统和信号解决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。第三个阶段是198年至今。在此期间,应用研究得到迅速发展3。在刊登的论文中，有关流动研究的论文急剧增长。多维系统，光纤传播技术以及数字信号解决和微机数据解决技术等的浮现把激光多普勒技术推向更高水平,使用调节更加以便。此外，半导体激光器的应用是其小型化成为也许,推动激光多普勒测速走出实验室,迈向工业和现场应用。二、重要内容激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基本,当光源和运动物体发生
3、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均有关系。由于其有许多潜在的独特功能，激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其她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。1.激光多普勒测速原理激光测速的原理大体是这样：激光束射向流动着的粒子,粒子发出的散射光的频率变化了,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 5。设一束散射光与另一束参照光的频率分别为，它们达到光探测器阴极表面的电场强度分别为：式中,分别为两束光在光阴极表面处的振幅,分别为两束光的初始相位
4、。两束光在光阴极表面混频,其合成的电场强度为:光强度与光的电场强度的平方成正比：式中为常数，为两束光初始相位差，。其中第一项为直流分量，可用电容器隔去，第二项为交流分量,其中是得到的多普勒频移。多普勒频移与物体运动速度的关系为：式中:是激光的传播矢量,为散射光传播矢量，是物理运动速度方向单位矢量,是物理运动速度6。2.激光多普勒测速特点激光多普勒测速与老式的测速相比具有如下长处：（)属于非接触测量:激光束的交点就是测量探头。测量过程对流场无干扰,不影响流场分布，这对回旋流场尤为合用,可测远距离的速度场分布或狭窄流道中的速度分布。也可很以便地在恶劣环境中如火焰、腐蚀性流体内进行测量。(2)空间辨
5、别率极高:目前测点可不不小于,随着所用激光波长的减小，光路和聚焦元件性能的改善，还可以进一步缩小。已可测出直径中小部位流速。高的空间辨别率常常使用于边界层、薄层流体及狭通道场合的测量。（）动态响应快：速度信号以光速传播,惯性极小，只要配以合适的信号解决机,可进行实时测量，是研究涡流、测量瞬时脉动速度的新措施。(4)测量精度高：测量所采用的公式是一种精确的物理关系式，基本上与流体的其她特性(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,因而可用她来校正其她类型测速仪器。测速精度一般可达。（5）测量量程大:由于频差与速度成简朴线性关系，不管低
6、速或高速都不需校正，她容许有很大的频移,目前已能测的速度,这是一般测速仪不能比拟的。（6）测量速度方向的敏捷性好:因光束分离器旋转时测点不变，因此可以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。激光多普勒测速仪本质上是运用检测流体中和流体以同一速度运动的微小颗粒的散射光来测定流体速度的仪器，由此也带来一定的局限性。(1)被测流体要有一定的透明度，管道要有透明窗口。(2）在测纯净的水或空气速度时，必须由人工掺入合适的粒子作散射中心。(）流速很高时规定提高激光输出功率,由于信号频率很高而使信号解决困难。(4)价格较贵。(5）使用时要有一定的防震规定，并使管道和光学系统无相对运动。尽
7、管如此,这种测速措施所具有的优越性，使它在许多场合成为一种必不可少的检测手段。近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，环绕这一技术的基本原理、设计措施和应用技术,学者们曾在有关杂志及重大国际会议上刊登了许多论文。早在七十年代就有重要著作面世，并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事实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，其应用范畴有了极大的扩展。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规定8。3.激光多普勒测速技术的应用（1)
8、多普勒雷达。其工作原理为:当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目的，回波的频率与发射波的频率浮现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小,可测出目的对雷达的径向相对运动速度;根据发射脉冲和接受的时间差，可以测出目的的距离。同步用频率过滤措施检测目的的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中辨别出目的信号。因此脉冲多普勒雷达比一般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的。(）多普勒测速仪。激光多普勒测速仪是运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，一般由五个部分构成:激光器，入射光学单元,接受或收集光学单元,多普勒信号解决器和数据解决系统
9、或数据解决器。它可以精确以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,有时虽然船速很小,但风浪很大时,船相对于海底的速度仍然很大，这就给船舶靠岸导致了很大的困难。(3）血液流动的研究10。近年来迅速形成的力学分支生物力学,她把血液流体力学作为一种重要的研究课题,推动了激光多普勒测速的研究。它是运用多普勒效应原理,对运动的脏器和血流进行探测的仪器。其中,经颅多普勒是一种有效的无创伤性的脑血管检查措施，属超声检查范畴,因此对受检查者毫无创伤和痛苦。许多脑血管检查措施如放射性核素的脑血
10、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，合适于一般的临床应用。(4)超音速风洞中激光测速1。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,很少甚至不也许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,获得了较好的成果。激光多普勒测速技术应用范畴相称广泛，除了上述用途之外,还可以用于振动测量、固体表面速
11、度的测量、大气风速的测量以及湍流的测量等，其特点是迅速无惰性，不接触被测表面,因此不会损伤被测表面，精度与可靠性较高。并且该项技术已经由实验研究进入实用化，在各个部门的应用正在不断扩大1。三、总结论述了激光多普勒测速技术的基本原理及特点，总结了该测量技术的应用领域。激光多普勒测速技术已经发展到可以成功地进行大部分速度测量的水平。光学、电子学以及其她有关技术方面的改善增进了激光多普勒测速技术的进展。此后，激光多普勒测速技术应当朝着提高信号质量和从噪声信号中更加精确地提取信息的方向努力,并且使之变得更简便、更易于操作。四、参照文献1沈熊 激光多普勒测速技术及应用M.北京:清华大学出版社,.2Jle
12、n Percux,TierryBosh. ultimodeVSLsfr slmixigveoity mesueentsC. IEEE sensor :419-422.3张艳艳,巩轲,何淑芳，霍玉晶. 激光多普勒测速技术进展J. 激光与红外, ,(11).4施卫东,汪飞. 激光多普勒测速技术的基本原理与构造J. 佳木斯大学学报:自然科学版, 99,2(3):38-35.5陈益萍. 激光多普勒测速技术原理及其应用. 电子世界， .6刘玉民,张钟梅,韩克礼 激光多普勒测速与光的干涉J. 激光与红外, 1980,2(12):240.王素红 激光多普勒测速技术J. 现代物理知识, ，90（):98刘友，杨晓涛,马修真. 基于激光多普勒测速的流场测试技术J 激光与红外， ，8(1):32-36.9孙渝生，赵建新,范丽娟激光多普勒测速技术的最新发展J 传感器世界, 199,11(5）:5-57.0孙渝生 激光多普勒测量技术及应用M. 上海科学文献出版社, 99.11沈熊. 激光多普勒测速技术应用的新进展J. 力学与实践, 13,3(): 33-40赵建新,孙渝生等. 激光多普勒测速技术的最新发展动向J. 激光技术, 199,1():1-17.
