激光多普勒测振仪

双频激光干涉仪测量

双频激光干涉仪测量 激光干涉仪测长原理 典型的激光干涉仪由激光器L、偏振分光镜PBS测量反射镜M参考反射镜R、光电检测器D检偏器P和三个入14波片Q1、Q2和Q3组成。激光为线偏振光，经偏振分光镜分为E1和E2两线偏振光。当两干涉臂中入/4波片快轴（或慢轴）与X轴夹角相等且为45 度时，两束光通过入/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过入/4波片，又转换为线 偏振光，但其振动方向相对原振动方向旋转了90度，且由于两干涉臂光程产生了相位差 0 ,根据公式： 0 =2 0 = 0 =4n L/ 入 式中：入为激光波长，干涉光路的作用是把位移L转变为合成光振动方向的旋转角 0，进而 转换成光电信号的相位0，信号处理器的作用就是测量出0 ，从而计算出位移L。 垂直度的测量工具在一台机器 施工实例：多轴系统 双频激光干涉仪的工作原理双频激光干涉仪其双频激光测量系统由氦氖双频遥置激光干涉仪和电子实时分解系统所组成。它具有以下优点：稳定性好，抗干扰能力强，可在较快的位移速度下测量较大的距离，使用范围广，使用方便，测量精度高。 基本原理：如图11-2 所示，激光双频干涉仪的氦氖激光管，在外加直流轴向磁场的作用下，产生塞曼效应，将激光分成频率为fl和f2，旋向相反的两圆偏振光，经入/4波 片变为线偏振光。调整入/4玻片的旋转角度，使 fl 和f2 的振动 平面相互垂直，以互垂直， 以作激光干涉 图11-2 双频激光干涉仪的工作原理图 1.激光管 2.入/4波片 3.参考分光镜 4.偏振分光棱境 5.基准锥体棱镜 6.移动测量棱体 7.10.12. 检偏振镜8.9.11. 光电管13. 光电调制器 仪的光源。当两个线偏振光经过参考分光镜3时（见图11-2），大部分则由偏振分光棱境4 分成两束。偏振面垂直入射面的f2 全反射到与分光镜固定在一起的基准锥体棱镜上；

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 米 10 104 5- ?-）；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。 一种信号处理装置，是利用高分辨率的法布里-珀罗干涉仪，直接跟踪光学信号。此种干涉仪调整比较简单，在大散射角工作时空间分辨率较高，但在测低速 厘米。另一种信号处理装置是频谱分析时受到限制，一般能测的下限速度为25秒 仪，它实际上是通过调谐窄带滤波器，把信号用示波器器显示出来，其中心频率在频谱范围内缓慢地扫描。由于使用滤波器，在任一瞬间时只能观察到全部信号的很少一部分，浪费了有用的信息和时间。进来信号处理装置都采用能跟踪可变频率的振荡器，称为自动跟踪可变频率跟踪器，简称频率跟踪器。 四、实验内容 在熟悉激光测速光学系统和信号处理基本原理的基础上，应用频移型二维激光测速仪测量复杂流场的速度。

外差激光干涉仪的测量方法

一、举例描述外差激光干涉仪的测量方法。 光外差干涉是指两只相干光束的光波频率产生一个小的频率差，引起干涉场中干涉条纹的不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场的相位差。特点：克服单频干涉仪的漂移问题；细分变得容易； 提高了抗干扰性能。 原理： 在干涉场中，放入两个探测器，一个放在基准点(x0, y0)处，称之为基准探测器，其输出基准信号i(x0, y0, t)，另一个放在干涉场某探测点(xi, yi)处，称之为扫描探测器，输出信号为i(xi, yi, t) 。将两信号相比，测出信号的过零时间差Δt ，便可知道二者的光学位相差 ) /1/(π2),(),(00v t t y x φy x φ??=??=-ω 由控制系统控制扫描探测器对整个干涉场扫描，就可以测出干涉场各点的位相差。 设测试光路和参考光路的光波频率分别为ω和ω+Δω，则干涉场的瞬时光强为 []{} [][]{}[][] )(cos )()2(cos )(2cos 121)(2cos 121),(cos )cos(),,(2 22 x,y t-φE E x,y φt E E x,y φt E t E y x φt E t E t y x I t r t r t r t r ωωωωωωωωω?++?+++++?++= ++?+= 由于光电探测器的频率响应范围远远低于光频ω，它不能跟随光频变化，所以式中含有2ω的交变项对探测器的输出响应无贡献。

)] ,(cos[2/2/),,(22y x φt E E E E t y x i t r t r -?++∝ω 干涉场中某点（x ，y ）处光强以低频Δω随时间呈余弦变化 （1）激光外差干涉测长 数据处理 双频激光器 1/4波片 准直系统 可动角隅棱镜 检偏器 v 探测器前置 放大器 f2 f1 f1±Δf f2f1 f2f1±Δf 图4-33 双频激光器外差干涉测长原理图 偏振分光镜 f2－f1 f2－（f1±Δf ） ??? ??± =±=?t t t t t f N L L t v t v t f 0 00 d 2 2 2 d 2 d 2d λ λ λ λλ 所以＝＝ ＝由于 （2）激光外差干涉测量微振动

激光多普勒测速

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： 314101002268 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LDV(Laser Doppler Velocimetry)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]。 激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段。 第一个阶段是1964至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[2]。 第二个阶段是1973至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。 第三个阶段是1981年至今。在此期间，应用研究得到快速发展[3]。 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。 二、主要内容 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。 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[4]。 1.激光多普勒测速原理 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 [5]。 设一束散射光与另一束参考光的频率分别为12,s s f f ，它们到达光探测器阴极 表面的电场强度分别为： 1210112022cos(2) cos(2)s s E E f t E E f t π?π?=+=+ 式中，0102,E E 分别为两束光在光阴极表面处的振幅，12,??分别为两束光的初始相位。两束光在光阴极表面混频，其合成的电场强度为： 1212011022cos(2)cos(2)s s E E E E f t E f t π?π?=+=+++ 光强度与光的电场强度的平方成正比： 1222212010201021(t)()()cos[2()]2 s s I k E E k E E kE E f f t π?=+=++-+ 式中为k 常数，?为两束光初始相位差，12???=-。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12s s f f -是得到的多普勒频移。 多普勒频移与物体运动速度V 的关系为： 12[cos(,)cos(,)]s s i s V f f K K υυλ -=- 式中：i K 是激光的传播矢量，s K 为散射光传播矢量，υ是物理运动速度方

激光干涉仪分类及应用

激光干涉仪分类及应用 激光干涉仪以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量。激光干涉仪有单频的和双频的两种。 激光干涉仪的分类： 单频激光干涉仪 从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。 双频激光干涉仪 在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应,激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf）的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算（乘1/2激光波长）后即可得出可动反射镜的位移量。双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上，对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件，还可进行高精度直

激光多普勒血流监测仪在口腔医学领域的临床实践

激光多普勒血流监测仪在口腔医学领域的临床实践 发表时间：2018-03-23T14:27:12.740Z 来源：《医药前沿》2018年3月第7期作者：姜荣华邵林琴[导读] LDF的工作原理[1]源于多普勒效应。LDF采用数根光导纤维光纤作为光源，发出波长780～820nm的激光. （滨州医学院附属济南市口腔医院山东济南 250000）【摘要】1975年Stern首先报道应用激光多普勒血流监测仪(LDF)监测皮肤血流，1986年LDF技术由Gazeliusetal首次在牙科文学中描述，认为该方法可高效的评估健康和创伤牙齿的牙髓活力。随着实验研究及临床实践的不断深入，激光多普勒血流监测法已基本成熟，成为一种客观、连续、实时、敏感、非侵入性、无风险的组织微循环血流动力学监测方法。本文重点就LDF的操作方法、影响因素及临床应用情况等作一综述。 【关键词】激光多普勒血流监测；牙龈血流；牙髓血流；牙髓活力【中图分类号】TH776 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2018）07-0142-02 1.LDF简介 1.1 工作原理 LDF的工作原理[1]源于多普勒效应。LDF采用数根光导纤维光纤作为光源，发出波长780～820nm的激光，通过探测器自牙冠射向牙髓，在牙髓中被运动的红细胞和静止状态的组织细胞散射。（因激光与体积过小的血小板碰撞后，由于反射光的量过小，不能被仪器捕捉;体积较大的白细胞，而使反射光不能连续的传导；只有血管中的红细胞体积较合适，能满足测量需要）。探头中的光纤接收信息后，再经计算机处理即可得到直观的测试结果。 1.2 测量指标 信号之间的主要关系是：PU=CMBC×V 血流灌注量（PU）敏感的指示组织微循环血流的实时改变，是主要的分析指标。不同个体PU值比较方法有两种：一是比较同一干预因素前后PU值的动态变化；二是比较同一空间解剖定位点的PU值[2]。 运动的血细胞密度(CMBC) 代表测量范围内红细胞数量的密度。 速度(V)代表测量范围内相关红细胞的平均移动速度。 回光总量(TB) 是返回到光探测器的发生多普勒频移和未发生频移的激光总量。血细胞密集程度越高，反射的光越少，因而TB值越低。 2.测量值的影响因素 （1）牙周血流而在同样使用硅橡胶夹板的前提下，使用橡皮障隔离牙周组织可显著降低牙周组织血流信号干扰[3]。 （2）测量深度测量深度与组织特性（组织结构和微血管床密度）、所用激光波长和探头中（输出和返回）两根光纤的间距有关。距牙髓深度2mm时测得的血流信号是釉质表面的十倍[4]，排除牙体组织厚度不一致对测量结果的影响。 （3）光源的波长激光波长与测量深度成正比，波长较大时，牙周血流也会加入干扰。实验证明波长785nm(激光二极管)是目前最可靠的LDF激光源[2]。 （4）色素牙结构中所含色素可影响光的散射及吸收[5]，氟斑牙人群能否纳入适应症需进一步研究。 （5）组织牵拉、探头与牙面的角度、光导纤维的摆动、呼吸幅度的改变等均可产生赝像波徒手固定探头可造成25%的误差[6]，因此建议测量时使用硅橡胶夹板或聚乙烯夹板打孔固定探头以提高测量数据的准确性。 （6）时间：上午的LDF值显著高于下午和晚上[6]。制定严格的时间计划，避免时间因素干扰。 （7）仪器校准设备与探头校准点为0PU-250PU，每月应校准一次。由于日常使用时难以避免校准液污染，建议校准液每年更换。 3.临床操作 3.1 打开设备并校准，嘱患者平躺休息10min。 3.2 被测牙牙面光洁，干燥，一次性托盘制取被测牙区牙列硅橡胶印模，修整印模，距待测牙龈缘2～3mm[4]处金刚砂车针垂直牙面打孔，以容纳探头。将带有探头的硅橡胶印模复位固定，探头导线自然弯曲。 3.3 嘱患者放松，待平稳后开始记录，持续30s，重复1次，同样方法测对照牙。 3.4 分析数据结果，打印报告单。 4.临床应用 徐洵[9]发现上颌中切牙的牙髓血流量稍大于上颌侧切牙。王莺[10]发现上颌前牙区血氧饱和度(SpO2)和平均血红蛋白(rHB)均低于下颌前牙区，腭侧角化黏膜SpO2和rHB均低于颊侧黏膜，很好的解释了临床中下颌组织愈合明显快于上颌、唇颊侧黏膜修复快于腭侧黏膜的现象。 Mesaros SV[11]发现2～4周的重建牙髓血流量明显增加，可协助判断短暂性牙髓缺血、牙髓缺血性坏死等不良结果。 因牙髓血流速度非常低，曲晓复将激光多普勒血流监测仪进行改良，发现血流范围、输出电压、光电放大器的电阻分别在0～10、10、100μΩ时有较强的监测能力，适用于低流量低流速的牙髓血流测量。 综上所述，虽然LDF在临床实际应用中存在诸多的不足，如：成本较高，耗时较长，且室内温度、光线、测量时间、探头与牙面的角度、呼吸幅度的改变以及任何干扰或阻塞光通道的物质均可导致LDF结果不准确。然而随着临床的规范操作、研究人员的不断探索总结以及仪器的升级改良，现LDF在探查牙髓血流微循环，牙龈、牙周韧带的血流，下颌骨种植体植入后骨组织血流分布的评估等方面广泛开展应用，混杂因素对研究结果的影响也逐渐降低，使得LDF逐步成为一种客观、连续、实时、敏感、无风险的组织微循环血流动力学监测方法。尽管目前LDF普及率仍较低，但在现代口腔医学中的价值日益凸显，这应该逐步成为一个在口腔临床上使用的基本技术。【参考文献】 [1] Jafarzadeh https://www.360docs.net/doc/cd6459068.html,ser Doppler flowmetry in endodontics:a review [J].Int Endod J，2009，42(6). [2]吴劲松，激光多普勒血流测定法.中国激光医学杂志.1999.

激光多普勒测速系统

激光多普勒测速系统 一、概述： 项目背景： 该项目主要通过激光器和激光接收机实时检测目标的XYZ方向上的相对速度，并将3个方向的速度值矢量合成后，通过串口上报给主机。 系统原理如下： ●通过特殊的调制信号激励激光器，发射连续波激光。 ●同时在不同阶段接收从目标反射回的信号并通过高速ADC采集这些信号。 ●FPGA实时进行FFT计算，根据FFT结果比较不同阶段的频偏和符号。 ●根据多普勒效应，通过频偏大小和频偏方向，就能计算出目标的相对速度和方向。 ●3个通道通过不同角度的合成，可以最终计算出目标的相对矢量速度。 ●通过串口将速度数据传到上位机。

系统原理框图如下： 我们面临的挑战： ●由于物体相对速度较快，达到125m/s；对应的信号带宽为DC-250MHz左右， 需要1GHz进行高速采集。 ●同时对1Gsps的数据量进行最大32K点FFT时，数据覆盖率达50%上。此时单 一的FFT模块在FPGA中计算时间不够，需要4路FFT并行计算；逻辑设计难 度较大。 ●要求测试距离在3KM以上。由于激光在大气中的衰减比较严重，同时受到大气 的干扰也比较严重。致使回波信号比较弱，同时不稳定。 示波器捕获的原始数据

解决方案： 根据实际系统和算法处理精度要求，硬件系统采用如下设计： ?10bit1GSPS ADC，三通道同步采集。 ?低噪声模拟前端，支持程控增益放大，50Ω阻抗SMA接口。 ?模拟带宽DC-250MHz。 ?板载1024MB DDR3内存。 ?高稳定度，超低低抖动时钟发生器。 ?低噪声电源设计。 ?采用Xilinx XC5VSX95T FPGA，FPGA实现实时FFT和信号检测算法功能。 ?TI C6455DSP，工作频率1GHz，用于3波束速度合成算法和FPGA控制。 ?两个RS422/RS485接口。 二、系统整体框图如下： 系统整机的实物图如上

激光干涉仪报告.

机械工程综合实 践 实验报告 课程名称机械工程综合实践 专业精密工程 指导教师彭小强 小组成员刘强14033006 谌贵阳 吴志明 实验日期2012.4.2—2011.6.25 国防科学技术大学机电工程与自动化学院

目录 1激光干涉仪 1.1激光干涉仪介绍 1.2激光干涉仪原理 2 激光干涉仪测量机床的直线度 2.1实验器材以及平台的搭建 2.2激光干涉仪的调试 2.3直线度的测量 3 激光干涉仪测量机床的重复定位精度3.1实验器材以及平台的搭建 3.2激光干涉仪的调试 3.3重复定位精度的测量 4 实验分析与总结

目录 一、实验目的与任务 (4) 二、实验内容与要求 (4) 三、实验条件与设备 (4) 四．实验原理 (5) 1.定位精度测量 (5) 2.直线度测量 (6) 五、实验步骤 (7) 1.设定激光测量系统 (7) 2.调整激光光束，使之与机器运动轴准直。 (7) 3.数据记录与数据处理 (8) 六、实验过程和结果.......................... 错误！未定义书签。 1.X轴定位精度 ........................... 错误！未定义书签。 2.X轴直线度 ............................. 错误！未定义书签。 3.误差分析............................... 错误！未定义书签。 七、实验总结与体会.......................... 错误！未定义书签。 1.实验总结............................... 错误！未定义书签。 2.实验心得体会........................... 错误！未定义书签。 3.对课程的一些建议....................... 错误！未定义书签。

多普勒效应及其应用

多普勒效应及其应用 姓名：许涛班级：应物二班学号：20143444 天津理工大学理学院 摘要:在多普勒效应中有多普勒频移产生,并且与波源和观测者的相对运动情况有关,以此为基础讨论了多普勒效应在卫星定位、医学诊断、气象探测中的应用。 关键词:多普勒效应;定位;测速。 引言： 在日常生活中,人们都有这样的经验,火车汽笛的音调,在火车接近观察者时比其远离观察者时高.此现象就是多普勒效应.它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的.多普勒效应是波动过程的共同特征.光波(电磁波)也有多普勒效应,并于1938年得到证实.此效应在卫星定位、医学诊断、气象探测等许多领域有着广泛的应用。 多普勒效应及其表达式 由于波源和接收器(或观察者)的相对运动,使观测到的频率与波源的实际频率出现差别.这种现象称为多普勒效应。 机械波多普勒效应的普遍公式 设波源S发出的波在媒质中的传播速度为v、频率为fS,接受器R接收到的频率为fR,以媒质为参考系,波源与接收器相对于媒质的运动速度分别为uS和uR,uS和uR与波源和接收器连线的夹角分别为θS和θR,如图1所示.此时可以推导得到 fR= v+uRcosθR /v-uScosθS fS. (1) 此式为波源和接收器沿任意方向彼此接近时的多普勒效应公式.如果波源和接收器沿任意方向彼此远离时如图2所示,同理可推导出 fR=v-uRcosθR /v+uScosθS fS. (2) (1)、(2)两式就是机械波多普勒效应的普遍公式,由两式我们可以得到诸如S 和R在同一直线上运动时多普勒效应各公式的表示形式.由此可以看出多普勒效应不但与波源S和接收器R的运动速度有关,而且还与S和R的相对位置有关。 1.2 光波(电磁波)多普勒效应的普遍公式 因为光波(电磁波)的传播不依赖弹性介质,它与机械波需要靠媒质而传播有所不同,所以公式 (1)和(2)对光波(电磁波)不再适用.但是从理论上我们可以推证出光波的多普勒效应公式.若光源发出光波的频率记作f0,观测者测得该光的频率为f,通过计算可得: f=f0√（1-β) /1-βcosθ. (3) 其中,β= v c ,c为真空中的光度,v为光源相对于观测者的运动速度,θ为光源

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]。下文中将详细介绍。 2.激光多普勒测速原理 在激光多普勒测速仪中，依靠运动微粒散射光与照射光之间光波的频差（或称频移）来获得速度信息。这里存在着光波从（静止）光源（运动）微粒（静止）光检测器三者之间的传播关系。

激光速度干涉仪

激光干涉测速技术是基于光学多普勒效应发展起来的一门测试技术,它以激光为检测光源,通过照射高速运动物体的表面,依靠反射激光频率的不同来计算物体运动速度的变化。这一技术既可用于测量高速运动物体在极短时间内的速度变化,也可测量冲击波作用下各种材料的自由面速度和内部粒子速度,对研究高温高压等极端条件下材料的物理和力学响应特性具有重要价值。该技术自上世纪70年代提出以来,主要用于各种武器战斗部的爆轰实验与毁伤效应测试,具有很强的军事应用背景。 中物院一所自上世纪70年代开始,就密切关注国际激光干涉测速技术的发展动向,并努力开发适用于各种爆轰实验的激光干涉测速装置。1985年,该所研制出了我国第一台三探头激光干涉测速仪样机JSG-1,并对铁、铜、钨、铝等多种靶目标在爆轰作用下的自由面速度进行了测量;1989年,他们又研制出了四探头的JSG-2型激光干涉测速仪,其性能与美国同期测速仪相当;1994年,为了满足爆轰实验的需要,该所李泽仁等人提出了世界首创的共腔式多点激光干涉测速设想,并实现了多点连续测量,将一维物理问题扩展到二维和三维来进行研究;1996年,他们开始研制多点激光干涉测速样机,迄今为止已研制出了多种型号的多点VISAR,在大量爆轰实验中得到应用,并为国内多家单位提供了系统与技术支持;1997年以后,为解决VISAR在速度快速变化时容易丢失干涉条纹和系统结构复杂等问题,使激光干涉测速技术在特殊环境下更加简便易用,中物院一所冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室开始研究全光纤激光干涉测速技术。谭华领导的研究小组分别对单模全光纤速度干涉测量技术、宽光谱多模全光纤速度干涉测量技术、单模与多模相结合的全光纤速度和位移干涉测量技术进行了探索。经过近十年的努力,他们采用多模与单模相结合的方法,成功研制出了一种新型全光纤激光位移干涉测速装置,克服了传统VISAR的缺陷,能够方便、可靠地用于强载荷下高速运动物体瞬态速度的测量,是我国激光干涉测速领域取得的重大突破。该成果于2006年发表于国际著名刊物《应用物理通信》。

激光干涉仪用途【详细】

激光干涉仪的作用 内容来源网络，由深圳机械展收集整理 更多激光设备，就在深圳机械展 （1）CO2激光干涉仪 CO2激光器是一种非常适合无导轨激光测量的光源，它在10.6μm波段具有丰富的谱线，相邻谱线的波长差分布也比较均匀，构成的“合成波长链”的波长可从10.6μm到25m，因此，CO2激光干涉仪一直是无导轨激光干涉仪的研究重点。从1979年开始，由直流干涉系统到各种形式的光外差系统，CO2激光干涉仪历经多次改进，其中一种典型方案是上世纪九十年代澳大利亚研制的外差干涉仪，它通过激光器的腔长控制，顺序输出6种波长，用声光调制器的零级衍射作为本振光，构成外差系统，测量精度可达4×10-8。 （2）Ne-Xe激光干涉仪 Ne-Xe激光器可以输出3.53μm和3.37μm两个波长，合成波长为84.2μm。从“合成波长链”的角度考虑，波长过短难以保证测量结果的唯一性，为此，系统加入了He-Ne激光器的3.39μm谱线，将“合成波长链”延伸到464μm。Ne-Xe激光干涉仪的最大优点是结构简单，测量精度可达1.8×10-7。 （3）He-Ne激光干涉仪 中国计量科学研究院研制的纵向塞曼He-Ne激光干涉仪，与成都工具研究所开发的双频激光干涉仪不同，其稳频点选在两条激光增益曲线之间，产生一对频差为1080MHz的左、右旋偏振光（这两个偏振光不在同一增益曲线上），合成波长为278mm。利用光栅测量干涉的剩余相位。系统测量长度可达100m，测量精度为±（40+1.5×10-6）。 He-Ne激光器在3.39μm处谱线丰富，但其中3.3922μm谱线的自发辐射系数比其它谱线大很多，抑制了其它谱线的发射。清华大学利用甲烷在3.3922μm附近的一条吸收谱线，抑制了He-Ne激光这条谱线的强度，成功研制出了3.39μm波段双波长激光干涉仪，其“合成波长链”从3.39μm到1m，单波稳定性为1×10-8。 （4）变波长激光干涉仪 变波长激光干涉仪采用两个激光器，利用谐振腔长与输出频率的关系，构成“无级”的波长

激光干涉仪原理【深度解析】

激光干涉仪原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 激光干涉仪是以干涉测量法为原理，利用激光作为长度基准，对数控设备（加工中心、三坐标测量机等）的位置精度（定位精度、重复定位精度等）、几何精度（俯仰扭摆角度、直线度、垂直度等）进行精密测量的精密测量仪器。激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。 英文名称：laser interferometer（激光干涉仪） 激光干涉仪原理如下图所示：

一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。 从激光头射出的激光光束①具有单一频率，标称波长为633nm，长期波长稳定性（真空中）优于0.05ppm。当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光——反射光束②和透射光束③。这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束④。 如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。 如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。 激光干涉仪种类：激光干涉仪有单频的和双频的两种。

基于激光多普勒效应测速系统的设计

Optoelectronics 光电子, 2015, 5, 13-18 Published Online June 2015 in Hans. https://www.360docs.net/doc/cd6459068.html,/journal/oe https://www.360docs.net/doc/cd6459068.html,/10.12677/oe.2015.52003 Design of Velocimetry System Base on Laser Doppler Effect Suiyan Tan, Chudong Xu College of Electronic Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou Guangdong Email: tansuiyan@https://www.360docs.net/doc/cd6459068.html, Received: May 25th, 2015; accepted: Jun. 8th, 2015; published: Jun. 12th, 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/cd6459068.html,/licenses/by/4.0/ Abstract A velocimetry system base on laser Doppler Effect is designed. The system works through building Michelson interferometer with discrete optical elements. The movable object of system is imple-mented by gear motor and doesn’t need to change the structure of experiment equipment; there-fore, the system is simple, convenient and low cost. Building the Michelson interferometer and measurement system by students themselves not only deepens students’ understanding of Dopp-ler Effect and its application, but also it is good for developing comprehensive and designed expe-riment, which can extend optic specialty undergraduate course experiment teaching content. Function of the velocimetry system is successfully achieved, and average error is 2.38%; errors are lower 5%. Keywords Laser Doppler Effect, Velocimetry System, Michelson Interferometer, Frequency Difference Method 基于激光多普勒效应测速系统的设计 谭穗妍，徐初东 华南农业大学电子工程学院，广东广州 Email: tansuiyan@https://www.360docs.net/doc/cd6459068.html, 收稿日期：2015年5月25日；录用日期：2015年6月8日；发布日期：2015年6月12日

双频激光干涉仪测量

激光干涉仪测长原理 典型的激光干涉仪由激光器L、偏振分光镜PBS、测量反射镜M、参考反射镜R、光电检测器D、检偏器P和三个λ/4波片Q1、Q2和Q3组成。激光为线偏振光，经偏振分光镜分为E1和E2两线偏振光。当两干涉臂中λ/4波片快轴(或慢轴)与X轴夹角相等且为45度时，两束光通过λ/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过λ/4波片，又转换为线偏振光，但其振动方向相对原振动方向旋转了90度，且由于两干涉臂光程产生了相位差φ，根据公式： φ=2θ=φ=4πL/λ 式中：λ为激光波长，干涉光路的作用是把位移L转变为合成光振动方向的旋转角θ，进而转换成光电信号的相位φ，信号处理器的作用就是测量出φ，从而计算出位移L。

垂直度的测量工具在一台机器 施工实例：多轴系统

双频激光干涉仪的工作原理 双频激光干涉仪其双频激光测量系统由氦氖双频遥置激光干涉仪和电子实时分解系统所组成。它具有以下优点：稳定性好，抗干扰能力强，可在较快的位移速度下测量较大的距离，使用范围广，使用方便，测量精度高。 基本原理：如图11-2所示，激光双频干涉仪的氦氖激光管，在外加直流轴向磁场的作用下，产生塞曼效应，将激光分成频 率为f 1和f 2，旋向相反的两圆偏振光，经λ/4波片变为线偏振光。调整λ/4玻片的旋转角度，使 f l 和f 2的振动 平面相 互垂直，以 互垂直， 以作激光干涉 图11-2 双频激光干涉仪的工作原理图 1.激光管 2.λ/4波片 3. 参考分光镜 4. 偏振分光棱境 5. 基准锥体棱镜 6.移动测量棱体 7.10.12.检偏振镜8.9.11.光电管13.光电调制器 仪的光源。当两个线偏振光经过参考分光镜3时(见图11-2)，大部分则由偏振分光棱境4分成两束。偏振面垂直入射面的f 2全反射到与分光镜固定在一起的基准锥体棱镜上；偏振面在入射面内的f l 则全部通过而射到移动测量棱体6上。由这两个锥体棱镜反射回来的光束在偏振分光镜上合并，并在检偏振镜上混频。当移动锥体棱镜时，由于多普勒效应，f 1变成f 1 +△f，因而光电元件8所得到的信号是(f 1+△f)-f 2。在可逆计数器中与参考信号(f 1-f 2)相减，棱镜每移动半个波长，光程变化是整个波长。测得的位移是l=λ/2×N ，经计算机处理，所测得的位移值可在计算机显示器上读出。位移量测量原理如图11-3所示。

多普勒效应

多普勒效应及应用 生活中会有这样的经验:火车急速离去时，汽笛声调会低沉下去;而迎面驶来，声调则变高，这种现象物理上称之为多普勒效应，它是波动现象特有的规律. 它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的。多普勒效应是波动过程的共同特征，现在，此效应在激光测速、卫星定位、医学诊断、气象探测等很多领域有着广泛的应用。 1 多普勒效应及其表达式 由于波源和接收器（或观察者）的相对运动，使观测到的频率与波源的实际频率出现差异。这种现象叫多普勒效应。 1.1.1 声波的多普勒效应的普遍公式 为了方便问题的讨论 , 我们假设观测者 R 相对于介质静止 , 波源S 相对于介质以速度 v 运动 , 运动方向跟连线 SR 相垂直 , 波相对于介质的传播速度为，如图所示 以静止的观测者 R 建立静止参照系 , 运动的波源 S 建立运动 参照系 . 设波源开始时位于 S , 经过一段微小的时间后运动到 S ′处，波源在 S 处发射位相为的波的时刻 , 相对于静止参照 系 R 是, 而相对于运动参照系 S 是 ; 波源在 S ′处发射

位相为 U 的波的时刻 , 相对于静止参照系 R 是 t , 而相对于运 动参照系 S 是 t ′ . 设波源所发射的波的频率为 f , 则有 U - = 2 P f ( t ′ - ). (1) 对于观测者 , 其接收到波源所发出的位相为的波的时刻为 =+ SR ／. (2) 其所接收到波源所发出的位相为 U 的波的时刻为 = t + S ′ R ／ . (3) 设观测者所观测到的波的频率为 f ′ , 则有 U -= 2 P f ( - ), . (4) 由 (2) 式和 (3) 式得 - = t - + ( S ′ R - SR ) ／. (5) 在上如图 2, 我们在 S ′ R 上取一点 B , 使得 RS = RB , 则S ′ R - SR = S ′ B , 由于我们讨论的时间间隔很短 , 故 S ′ B 也很短 , 可以认为 SB ⊥ S ′ R , 于是有

激光多普勒用于脑血流的测量

应用DIC 显微镜观察神经递质对大鼠脑片血管作用的方法 实验准备： 1．器械：剪刀、止血钳、不锈钢铲、50ml 、250ml 烧杯、注射器、培养皿、剃须刀片、玻璃钩、滤纸、加样器、尼龙筛（尼龙网和直径6cm 塑料瓶盖制成）、尼龙弓玻璃电极毛胚。 尼龙弓 移脑片管 加样器 可加热载标本台 尼龙丝 金、银或不锈钢弓 502胶粘合 加热进水口 出水口 ACSF ACSF 出液口 记录槽

2．仪器：微分相差干涉显微镜（DIC,带水浸镜头，LEICA DMLFS） 微分相差干涉显微镜及图像摄像记录系统 图像摄像记录系统（HAMAMASU Camera controller, C2400－60、Japan）振荡切片机（Vibroslice） 玻璃电极拉制仪（SUTTER INSTRUMRNT COMPANY） 微电泳仪（自制） 3．人工脑脊液(ACSF)配制： 分子式分子量工作浓度 mM 配液浓度（g/L） 1L 2L 4L NaCl 58.44 124 7.247 14.494 28.98 KCl 74.55 3 0.224 0.448 0.896 NaHCO384.01 26 2.184 4.368 8.736 NaH2PO4·2H2O 156.01 1.24 0.193 0.386 0.772 MgSO4·7H2O 246.47 2.0 0.493 0.986 1.972 *CaCl2110.99 2.0 0.222 0.444 0.888 *C6H12O6·H2O 198.17 10 1.982 3.964 7.928 *用前加入，以免浑浊或污染。 4.玻璃电极制备：玻璃电极拉制仪按使用说明操作。 实验程序: 1．脑片制备：

激光多普勒血流测定法

中国激光医学杂志 CHINESE JOURNAL OF LASER MEDICINE & SURGERY 1999年　第8卷　第3期　Vol.8　No.3　1999 激光多普勒血流测定法 吴劲松　陈衔城　陆栋 1975年，Stern［1］首次报道应用激光多普勒血流测定仪（laser-Doppler flowmetry, LDF）监测皮肤微循环血流量。20多年来，关于LDF在皮肤、肌肉、移植皮瓣、脑和肾脏等组织器官微循环血流监测的实验和临床应用研究不断深入，取得较大进展。 LDF工作原理 一、激光多普勒效应 光本质上是一种电磁波，具有波的基本特征。应用于生物体的安全激光波长窗为600～1200nm，在这个测量范围内，生物大分子对光线的吸收相对较弱。生物介质且有非常复杂和强烈的多点散射界面，投射到生物组织表面的激光束只有很小一部分会透入深层后再反射回表面，因此人们通常只能接受来自生物介质表面层的光学信息。对毛细血管内红细胞（RBC）运动引起的光强度涨落的分析更为复杂，不同于清洁介质（如大气层）中的激光多普勒效应。 从连续波激光器产生的发射光具有极强的空间和时间的相干性，允许人们从散射光的相位和强度变化来分析散射介质内颗粒物质（如RBC）在很小范围（＜1μm）的运动，达到的精度类似于其他光干涉仪技术的测量结果。早期用激光多普勒狭缝灯作非侵入式的多普勒位移（Dopplershift）测量，发现位移与眼底视网膜动静脉中血流有关［2］。以后各种利用激光多普勒位移效应测量组织微循环血流量的仪器陆续出现。 激光源产生单色激光束通过探头进入生物介质，在测量深度内的活动颗粒（主要是毛细血管网内快速移动的RBC）表面发生光散射而返回，此时反射光频率已经发生改变，即多普勒位移效应。多普勒位移发生的幅度和强度分别与测量范围内的RBC移动速度和数量密切相关，而与RBC移动方向无关［3］。多普勒位移幅度公式为： Δf=2υx/λ (1) 式中Δf表示位移幅度，υx表示RBC流动速度，λ表示波长。 超声波波长一般为0.1～0.3mm，大血管内υx为3～150cm/s，故Δf大约为100～ 10kHz，能够被探头内的接受晶片所接受。而毛细血管内的υx仅为1mm/s左右，因此Δf值极小（约5Hz左右）。由于光的波长是声波波长的1/500左右，相应的Δf要大500倍左右，足以被探头接受分辨。例如：Periflux4001型LDF仪（瑞典Perimed公司）位移接受范围为0.02～24kHz，故适用于微循环血流监测。散射激光的多普勒位移由以下三