激光多普勒测速(课堂PPT)
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激光多普勒测速
69年，Rudd提出干涉条纹模式， 进一步说明激光多普勒测速的基 本原理。
31
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)
32
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。
25
• (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。
26
f多D 普勒fS频移f用0 fD表f0示v(：eSc e0 )
18
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。
19
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。
9
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。
31
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)
32
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。
25
• (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。
26
f多D 普勒fS频移f用0 fD表f0示v(：eSc e0 )
18
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。
19
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。
9
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。
激光多普勒血流监测ppt课件
12
Moor产品
接触式
VMS，DRT4(TREND，PRM2)，MoorLAB
非接触式
LDI2，BI，LDLS，FLPI
外围产品
MIC2，SHO2，IRLD20
13
VMS
14Biblioteka VMS参数 测量参数
Flux（组织灌注量） Conc*（血细胞浓度） DC（回光强度） Temperature（温度）
激光多普勒血流监测
Gene&I
吉安得尔
1 原理
2 应用
3
Moor产品
2
原理
多普勒效应——声波
3
原理
多普勒效应——光波
4
原理
激光多普勒血流仪检测原理
检测深度：激光波长，光纤间距，激光功率，组织特性 通常=1mm
5
原理
多普勒效应——光波（电磁波）
c=f
当=780nm（检测光波长），c=3x108m/s 则f=3.846x1011 kHz
记忆芯片式探头：内置校正参数，即插即用
15
VMS参数
温度测量
范围：5℃ ~50℃. 精度：0.1ºC，准度：±0.3ºC.
输出
液晶屏显示灌注量、回光强度和温度。 USB直接输出至PC。 模拟信号输出：BNC接口，0-5V
常规
电源：100-230V AC，30VA，50-60Hz. 尺寸： W x H x D mm，重量：Kg
光学
温度稳定型激光二极管：785nm. 最大输出功率：2.5mW.
激光安全等级
Class 1 per IEC 60825-1:2007. Class 1 per 21 CFR 1040.10 and 1040.11.
Moor产品
接触式
VMS，DRT4(TREND，PRM2)，MoorLAB
非接触式
LDI2，BI，LDLS，FLPI
外围产品
MIC2，SHO2，IRLD20
13
VMS
14Biblioteka VMS参数 测量参数
Flux（组织灌注量） Conc*（血细胞浓度） DC（回光强度） Temperature（温度）
激光多普勒血流监测
Gene&I
吉安得尔
1 原理
2 应用
3
Moor产品
2
原理
多普勒效应——声波
3
原理
多普勒效应——光波
4
原理
激光多普勒血流仪检测原理
检测深度：激光波长，光纤间距，激光功率，组织特性 通常=1mm
5
原理
多普勒效应——光波（电磁波）
c=f
当=780nm（检测光波长），c=3x108m/s 则f=3.846x1011 kHz
记忆芯片式探头：内置校正参数，即插即用
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VMS参数
温度测量
范围：5℃ ~50℃. 精度：0.1ºC，准度：±0.3ºC.
输出
液晶屏显示灌注量、回光强度和温度。 USB直接输出至PC。 模拟信号输出：BNC接口，0-5V
常规
电源：100-230V AC，30VA，50-60Hz. 尺寸： W x H x D mm，重量：Kg
光学
温度稳定型激光二极管：785nm. 最大输出功率：2.5mW.
激光安全等级
Class 1 per IEC 60825-1:2007. Class 1 per 21 CFR 1040.10 and 1040.11.
激光多普勒测速讲解
t ccw
L 1 2 c c
r dl
图6-37 环形干涉仪的Sagnac 效应
二者之差为
t 2 r dl 2 2 c t 2 1 c S r dl 2
4S 2 4S r d l r d l L tc c2 c2 c
12
光纤陀螺
光纤陀螺也是基于Sagnac效应。以长度为的光纤绕成直径为的由个 圆圈组成的光纤圈，其直径和圆面积可以分别表示为：
L D N
L2 S 4 4N 2
D 2
光程差则可以表示为
L
4SN LD c c
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。
光 的频率
νs
4
差频法测速
可分为两类： 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）； 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）。
5
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
3
静止接收器上接收到的运动微粒散射光 的频率
如图6-31所示，因此在S处接收到的散射光的频率应为 υ es υ ei υ es νs νQ (1 ) νi (1 )(1 ) c c c υ νi (es ei )νi c 常采用差频法测量多普勒频移。 即将入射光与散射光混频，两 束光“混频”产生的拍频信号的 频率就是多普勒频移。 图6-31 S处接收到的微粒Q散射
激光多普勒测速课件
信号处理与控制系统的性能直接影响测速结果的准确性和实时性，是整 个测速系统的关键部分。
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。
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
眼睛直接观看
彩色物体图像 平面物体图像
激光全息摄影包括两步：
◇ 记录 ◇ 再现
全息记录过程
把激光束分成两束；一 束激光直接投射在感光 底片上,称为参考光束； 另一束激光投射在物体 上，经物体反射或者透 射，就携带有物体的有 关信息，称为物光束.物 光束经过处理也投射在 感光底片的同一区域上. 在感光底片上，物光束 与参考光束发生相干叠 加，形成干涉条纹，这 就完成了一张全息图。
在单次曝光法中，全息片的复位要求精确，比较难以做 到，乳胶的畸变也有一定影响，但只拍摄一张全息片就可 以多次或连续观察物体的变化 。
(2)两次曝光法：在同一张底片上拍摄物体在不同时
刻的两张全息照片，如果这两个时刻物体有形变，那 么再现时，得到两个重建的物光束，它们由于彼此相 干而且存在光程差而产生干涉花样。干涉条纹的分布 直接与物体的始末状态有关，可用来分析物体状态的 变化。两次曝光法不能观察物体连续变化的情况，但 对底片的安放及对再现光的要求不那么严格，易于实 现，此外乳胶的畸变对两个重建光波的影响基本一样 ，干涉时相互抵消。不再产生附加的光程差。
(3)时间平均法：全息照相还可以用来研究物体的快
速微小振动。其做法是：对振动物体拍摄全息照片， 再现时可以看到物像表面重叠着干涉条纹。关于干涉 条纹产生的原因，可做粗糙的定性解释：振动着的物 体在极限位置的速度为零，所以在极限位置滞留的时 间最长，选择合适的曝光时间，可拍摄到物体在两个 极限位置的全息图，近似地等效于物体分别处于极限 位置的两个静止状态，从而和两次曝光法类似．再现 时将出现干涉条纹。对干涉条纹进行分析可得到物体 振动的准确情况。
“干涉记录，衍射再现”。
几种典型的全息干涉方法
(1)单次曝光法(实时干涉法)：拍摄某—物体的全息照片， 显影、定影后使之精确复位，这时稍微变—下原物的状态 ，如加上或解除应力、压缩或膨胀等等，使之产生一定形 变，则新的物光束与原物的重建光束之间由于物上各点的 位移而产生光程差，使肉眼根本看不出的物体形态变化在 全息图上产生干涉条纹；据此可研究物体形变或微小位移 及其与受力的关系。“单次”是指拍摄全息片时只经过一 次曝光。
彩色物体图像 平面物体图像
激光全息摄影包括两步：
◇ 记录 ◇ 再现
全息记录过程
把激光束分成两束；一 束激光直接投射在感光 底片上,称为参考光束； 另一束激光投射在物体 上，经物体反射或者透 射，就携带有物体的有 关信息，称为物光束.物 光束经过处理也投射在 感光底片的同一区域上. 在感光底片上，物光束 与参考光束发生相干叠 加，形成干涉条纹，这 就完成了一张全息图。
在单次曝光法中，全息片的复位要求精确，比较难以做 到，乳胶的畸变也有一定影响，但只拍摄一张全息片就可 以多次或连续观察物体的变化 。
(2)两次曝光法：在同一张底片上拍摄物体在不同时
刻的两张全息照片，如果这两个时刻物体有形变，那 么再现时，得到两个重建的物光束，它们由于彼此相 干而且存在光程差而产生干涉花样。干涉条纹的分布 直接与物体的始末状态有关，可用来分析物体状态的 变化。两次曝光法不能观察物体连续变化的情况，但 对底片的安放及对再现光的要求不那么严格，易于实 现，此外乳胶的畸变对两个重建光波的影响基本一样 ，干涉时相互抵消。不再产生附加的光程差。
(3)时间平均法：全息照相还可以用来研究物体的快
速微小振动。其做法是：对振动物体拍摄全息照片， 再现时可以看到物像表面重叠着干涉条纹。关于干涉 条纹产生的原因，可做粗糙的定性解释：振动着的物 体在极限位置的速度为零，所以在极限位置滞留的时 间最长，选择合适的曝光时间，可拍摄到物体在两个 极限位置的全息图，近似地等效于物体分别处于极限 位置的两个静止状态，从而和两次曝光法类似．再现 时将出现干涉条纹。对干涉条纹进行分析可得到物体 振动的准确情况。
“干涉记录，衍射再现”。
几种典型的全息干涉方法
(1)单次曝光法(实时干涉法)：拍摄某—物体的全息照片， 显影、定影后使之精确复位，这时稍微变—下原物的状态 ，如加上或解除应力、压缩或膨胀等等，使之产生一定形 变，则新的物光束与原物的重建光束之间由于物上各点的 位移而产生光程差，使肉眼根本看不出的物体形态变化在 全息图上产生干涉条纹；据此可研究物体形变或微小位移 及其与受力的关系。“单次”是指拍摄全息片时只经过一 次曝光。
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
激光多普勒测速技术24页PPT
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，1、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
激光多普勒测速仪LDV相位多普勒粒子分析仪PDPA
PDPA的测速原理与LDV是相同的
本质上是一个单粒子计数器
v fDf
f 2sin(/2)sF
fD2vcossin2
1—激光器 2—分光镜 3—发射透镜 4—接收透镜 5—光电倍增管 6—频率相位处理器 7—测量体
2.1 相位多普勒测粒ห้องสมุดไป่ตู้理
待测的透明球形粒子相当于透镜
（焦距f）。静止时，直径d的球形 PDPA的测速原理与LDV是相同的，
眼睛直接观看
彩色物体图像 平面物体图像
激光全息摄影包括两步：
◇ 记录 ◇ 再现
全息记录过程
把激光束分成两束；一 束激光直接投射在感光 底片上,称为参考光束； 另一束激光投射在物体 上，经物体反射或者透 射，就携带有物体的有 关信息，称为物光束.物 光束经过处理也投射在 感光底片的同一区域上. 在感光底片上，物光束 与参考光束发生相干叠 加，形成干涉条纹，这 就完成了一张全息图。
2.3 PDPA设备
• 仪器包括320mw氩离子风冷激光器、激光耦合器、RSA信号处理器、数据 处理系统以及激光发射和接收器等。一般情况下，它的测速范围是
-90～283m/s，可测粒径范围是0.5～90µm，此范围还可通过更换发射
镜头加以扩大。
发射器
激光器
接收透镜
处理器
光电倍增管
2.4 PDPA的特点
光的散射：介质中存在的微粒（气态、液态或固态）对光束 的影响使光波偏离原来的传播方向而向四周散射的现象。
分类
若粒径dp << （入射光波长），用Rayleigh理论； 若粒径dp ~ ，用Lorerz-Mie理论； 若粒径dp > , 用几何光学理论
1.1 散射基本概念
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热线和热薄膜风速仪是测量流体瞬 时速度、平均速度、均方根速度和 速度相关量的主要方法。
6
无疑，机械探头将继续是实验流体力 学的重要方法。 但接触测量法干扰流场，不可避免地 带有方法本身的误差，具有局限性。 如对回流区的测量，机械探头会扰动 回流图形；对于小尺寸管道中的流动， 机械探头会造成堵塞。 不适合特殊情况下测试（火焰）
1
2
5-9 激光多普勒流速仪测速
1．概述-激光特性与应用
激光是完全新颖的光源，它以高亮度（比 太阳光亮1010倍）、高纯度（单色性，比 氪灯纯上万倍）、高方向性（既相干性） 而著称。因为普通光源向4立体角发散， 而激光的发散角只有10-6rad，因而单位立 体角单位面积的输出功率就特别大。
3
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 示、医疗、受控热核反应等方面。
观察者接收到的频率f为：
f
V V u
f0
波源背着观察者运动时取负号。
，u v=00），
20
（4）波源和观察者同时相对于介质运动（ 观察u 者 0接收v 到0 的频率f为：
f
V V
v u
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
f0
电磁波也存在多普勒效应，
， ），
对静止光源来说，运动着的观察者接收到的光波频率为
1 v
f
c 1 v2
f0
c2
观察者背离波源取负号。
9
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。
10
若流速不快，也可使用功率较大的连 续激光，通过双曝光记录粒子图。 粒子稀少，可用显微镜搜索粒子对， 并确定粒子对间的位移； 粒子很多，可用干版插入再现粒子实 像场中欲测剖面，记录粒子对，通过 逐点扫描或全场分析求出位移场。
激光多普勒测速应用很广: 可用于燃烧 混合物、火焰、旋转机械、窄通道、化 学反应流动、风洞或循环水洞中流动速 度的测量等。
15
激光多普勒测速有其突出的优点： 1>如不需要流动校正； 2>不取决于温度、密度和流体成份，仅
对速度敏感; 3>取出量与速度成线性关系； 4>动态响应快，等等。
16
但激光多普勒测速也有其局限性， 例如:
1> 需要示踪粒子; 2> 示踪粒子要与流体一起运动; 3> 对介质和实验通道有光学要求，
要求光能透过流动等。
17
5-9-1 激光多普勒测速的原理 1.激光多普勒效应
激光多普勒测速的基本原理： 是依据激光多普勒效应，利用运动粒 子散射光的频移来测量速度. 因为散射光的频移中包含有粒子速度 的信息。
11
3. 散斑测速法
对于具有较多粒子的流场，可用频闪 片光照明粒子场的某一剖面， 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。
12
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。
4
激光在热物理测量方面应用
如激光测燃烧雾化颗粒大小和分布 （PDA）， 用于传热传质研究，测量燃烧动力及流 场温度，对高能点火中能量释放，研究 点火机理，加力燃烧室流场和温度场， 等离子射流的浓度场、温度场和速度场 等等（LIF）。 激光测速仪（LDV）
5
常见的测量速度方法与技术
总压探针与静压探针相结合的皮托 管一直是平均速度的主要测量方法。
（1）波源和观察者相对于介质是静止的（u=0，v=0）， 观察者接收到的频率即为波源原有的频率，即f= f0
（2）波源不动，观察者以速度v相对于介质运动
(u=0，v 0)，观察者接收到的频率为 V v v
观察者背离波源取负号。
f (1 V ) f0
（3）观察者不动，波源以速度u相对于介质运动（
21
当一单色频率为f0的激光, 照射到运 动速度为v的微粒上时，运动微粒接 收到的频率不等于f0，发生了一次多 普勒效应。
若用一个静止的光检测器，接收运动 微粒的散射光，则接收到的频率又经 过了一次多普勒效应。
22
• 下图为静止光源O、运动微粒P
和静止光检测器S三者之间相对
关系。
fs
f
p
(1
U
es c
)
fP f0
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c
2
U (U
e0 e0
)
2
f0
1 U e0/ c
1
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e0
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图8-1 静止光源、运动微粒、 和静止光检测器
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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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§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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对于恶劣的环境(像燃烧火焰)，常常不能 使用小尺寸探头 。
热线和热薄膜风速仪虽然是定量研究紊流 结构的主要实验工具，但它仅限于低温、 低速、低紊流度、常特性的检测，而且必 须在回流区以外。
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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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无疑，机械探头将继续是实验流体力 学的重要方法。 但接触测量法干扰流场，不可避免地 带有方法本身的误差，具有局限性。 如对回流区的测量，机械探头会扰动 回流图形；对于小尺寸管道中的流动， 机械探头会造成堵塞。 不适合特殊情况下测试（火焰）
1
2
5-9 激光多普勒流速仪测速
1．概述-激光特性与应用
激光是完全新颖的光源，它以高亮度（比 太阳光亮1010倍）、高纯度（单色性，比 氪灯纯上万倍）、高方向性（既相干性） 而著称。因为普通光源向4立体角发散， 而激光的发散角只有10-6rad，因而单位立 体角单位面积的输出功率就特别大。
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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 示、医疗、受控热核反应等方面。
观察者接收到的频率f为：
f
V V u
f0
波源背着观察者运动时取负号。
，u v=00），
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（4）波源和观察者同时相对于介质运动（ 观察u 者 0接收v 到0 的频率f为：
f
V V
v u
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
f0
电磁波也存在多普勒效应，
， ），
对静止光源来说，运动着的观察者接收到的光波频率为
1 v
f
c 1 v2
f0
c2
观察者背离波源取负号。
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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。
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若流速不快，也可使用功率较大的连 续激光，通过双曝光记录粒子图。 粒子稀少，可用显微镜搜索粒子对， 并确定粒子对间的位移； 粒子很多，可用干版插入再现粒子实 像场中欲测剖面，记录粒子对，通过 逐点扫描或全场分析求出位移场。
激光多普勒测速应用很广: 可用于燃烧 混合物、火焰、旋转机械、窄通道、化 学反应流动、风洞或循环水洞中流动速 度的测量等。
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激光多普勒测速有其突出的优点： 1>如不需要流动校正； 2>不取决于温度、密度和流体成份，仅
对速度敏感; 3>取出量与速度成线性关系； 4>动态响应快，等等。
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但激光多普勒测速也有其局限性， 例如:
1> 需要示踪粒子; 2> 示踪粒子要与流体一起运动; 3> 对介质和实验通道有光学要求，
要求光能透过流动等。
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5-9-1 激光多普勒测速的原理 1.激光多普勒效应
激光多普勒测速的基本原理： 是依据激光多普勒效应，利用运动粒 子散射光的频移来测量速度. 因为散射光的频移中包含有粒子速度 的信息。
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3. 散斑测速法
对于具有较多粒子的流场，可用频闪 片光照明粒子场的某一剖面， 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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激光在热物理测量方面应用
如激光测燃烧雾化颗粒大小和分布 （PDA）， 用于传热传质研究，测量燃烧动力及流 场温度，对高能点火中能量释放，研究 点火机理，加力燃烧室流场和温度场， 等离子射流的浓度场、温度场和速度场 等等（LIF）。 激光测速仪（LDV）
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常见的测量速度方法与技术
总压探针与静压探针相结合的皮托 管一直是平均速度的主要测量方法。
（1）波源和观察者相对于介质是静止的（u=0，v=0）， 观察者接收到的频率即为波源原有的频率，即f= f0
（2）波源不动，观察者以速度v相对于介质运动
(u=0，v 0)，观察者接收到的频率为 V v v
观察者背离波源取负号。
f (1 V ) f0
（3）观察者不动，波源以速度u相对于介质运动（
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当一单色频率为f0的激光, 照射到运 动速度为v的微粒上时，运动微粒接 收到的频率不等于f0，发生了一次多 普勒效应。
若用一个静止的光检测器，接收运动 微粒的散射光，则接收到的频率又经 过了一次多普勒效应。
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• 下图为静止光源O、运动微粒P
和静止光检测器S三者之间相对
关系。
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fP f0
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图8-1 静止光源、运动微粒、 和静止光检测器
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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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§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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对于恶劣的环境(像燃烧火焰)，常常不能 使用小尺寸探头 。
热线和热薄膜风速仪虽然是定量研究紊流 结构的主要实验工具，但它仅限于低温、 低速、低紊流度、常特性的检测，而且必 须在回流区以外。
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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。