激光测速讲解
激光测速仪工作原理
激光测速仪工作原理
激光测速仪是一种使用激光技术进行测速的仪器。
其工作原理基于时差测量法和光电技术。
激光测速仪首先发射一束窄束的激光，激光束经过透镜聚焦形成一个射线束。
当射线束遇到行进中的目标物时，部分激光会被目标物反射或散射。
激光测速仪接收到反射或散射的激光后，通过光电二极管将光信号转换为电信号。
激光测速仪的核心原理是利用激光的光速非常快的特点，计算出激光从发射器发出到接收器接收到的时间差。
通过精确测量时间差，激光测速仪就能计算出目标物的速度。
具体的工作过程如下：激光测速仪通过内部时钟系统记录激光发射的时间，然后激光束经过一段距离后被目标物反射或散射，再经过同样长度的路径返回激光测速仪。
当反射或散射回来的激光被光电二极管接收到时，记录下接收到的时间。
激光测速仪通过计算发射时间和接收时间的差值，得到激光往返的时间。
然后利用光速的固定值，将时间差转换为距离。
根据测得的距离差值和知道的时间差，激光测速仪就可以计算出目标物的速度。
例如，如果已知激光往返时间为10纳秒，
而激光在空气中的传播速度是299,792,458米/秒，就可以得知
目标物与测速仪的距离为2.99792458米。
根据已知的时间间
隔和距离，激光测速仪进一步计算出速度。
激光测速仪工作原理简单而灵活，能够实现高精度的测速。
它广泛应用于交通管理、科学研究以及工业生产等领域。
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。
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。
激光测速枪如何测量车速？
激光测速枪如何测量车速？
如果读过雷达的奥秘一文，您就会知道雷达的一般工作原理。
雷达装置发出无线电脉冲并等待反射。
然后，它测量信号的多普勒频移并利用此位移来确定速度。
激光测速枪（或称激光雷达，用于光检测和评定）则采用了更直接的方法，这种方法依赖光的反射时间而非多普勒频移。
您可能以回音的形式体验过声波的反射时间。
例如，当您从井口朝下或冲着峡谷大喊时，您会感知到声音到达井底并反射到您的耳朵经过了一段时间。
声音传播的速度约为每秒300米，因此声音从一口深井或一条宽广的峡谷反射回来需要经历一段时间。
激光测速枪能测量出光到达汽车然后反射回来的时间。
激光测速枪射出的光，其速度要远远超过声音，大约为每秒30万千米，或约为每纳秒30厘米。
激光测速枪射出短脉冲红外激光，然后等待其从车辆反射回来。
测速枪计算光反射回来的纳秒数，然后除以2来计算到汽车的距离。
如果测速枪每秒测出1千个样本，那么它可以比较这些样本中车距的变化，从而计算出汽车的速度。
通过在大约三分之一秒的时间内测出的数百个样本，便可以获得非常高的精度。
激光测速枪（常为警用）的优点是它射出的光的“锥面”角度非常小，即使在300米的范围内也是如此。
在此距离时，锥面直径大概为1米。
因而可以用测速枪将指定车辆作为目标。
激光测速枪也非常精确。
其缺点是警员必须瞄准激光测速枪，而具有宽雷达波束的标准警用雷达测速仪则无需瞄准即可检测到多普勒频移。
激光测量车速的原理
激光测量车速的原理
激光测速仪（Lidar）通过发射激光束并测量其反射时间来测量车辆的速度。
其原理如下：
1. 发射激光束：激光测速仪发射一束高功率的激光束。
2. 激光束的传播：激光束以极高的速度传播，以光的速度行进，并散射到周围物体上。
3. 激光束的反射：激光束与运动中的车辆表面发生反射，并返回测速仪。
4. 接收反射激光：测速仪接收到反射的激光信号。
5. 计算时间差：测速仪通过计算激光信号从发射到接收所经过的时间差来确定车辆的距离。
6. 计算车速：测速仪利用已知的激光传播速度和时间差，可以通过距离与时间的关系计算出车辆的速度。
激光测速仪的精度和准确性高，可以提供瞬时车速或者平均车速等多种测量结果。
此外，激光测速仪还可以实现连续测量车速的功能，并且对于不同类型的车辆，
激光测速仪也可以通过算法进行自动识别和测量。
激光测速工作原理是什么
激光测速工作原理是什么
激光测速是一种利用激光技术进行测量车辆速度的方法。
其工作原理主要基于多普勒效应和光的传播原理。
当激光束照射到移动的车辆上时，由于车辆的运动，激光经过车辆后的回波频率会产生变化。
这种频率变化被称为多普勒频移。
根据多普勒效应原理，当物体向探测器靠近时，回波频率会增加；当物体远离探测器时，回波频率会减小。
因此，通过测量回波频率的变化，可以推算出车辆的速度。
激光测速仪通常由一个激光器和一个接收器组成。
激光器会向车辆发射一束窄束的激光束，该激光束会在车辆表面反射并返回给接收器。
接收器会分析接收到的激光信号并测量多普勒频移，从而计算出车辆的速度。
在实际应用中，激光测速仪能够提供精确的车速测量结果，并广泛应用于交通监管、道路安全管理和交通流量测量等领域。
值得注意的是，激光测速仪对于测量距离和速度的准确性会受到一些影响因素的影响，如天气、目标物体的材料和速度等。
因此，在使用激光测速仪进行测量时，需要对这些因素进行适当的校正和考虑。
激光多普勒测速讲解
t ccw
L 1 2 c c
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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：
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D 2
光程差则可以表示为
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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。
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。
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环形激光精密测角
Sagnac效应：利用一种环形干涉仪，当环形干涉仪转动时，沿顺时 针方向传播和沿逆时针方向传播产生的光程差，测量该光程差引起的 干涉条纹变化，达到测角的目的。
1 1 L 1 t cw dl 2 r dl 2 c c c c r dl
7
双散射光束型多普勒测速
双散射光束型测速方法是通过检测在同一测量点上的两束散射光的多普 勒频差来确定被测点处流体的流速的。如图6-33所示为干涉条纹型。
(es ei1 )νi c υ ν ( e Ds i 2 ei1 )νi υ c νs 2 νi (es ei 2 )νi c νs1 νi νDs
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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。
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
Ei t Ei exp j2νit i
ES t E S exp j2νS t S
合成光强I应正比于合成电矢量的模平方，由四项组成
I Ei (t ) ES (t ) Ei 2 (t ) ES 2 (t ) Ei ES exp{ j[2 (νi νS )t (i S )]} Ei ES exp{ j[2 (νi νS )t (i S )]}
6
2
参考光束型多普勒测速(续)
光电倍增管实际感受到的合成光强可表示为
I I 0 Ei ES exp{ j[2 (νi νS )t (i S )]}
光电倍增管输出的光电流正比于它接收到的光强，用复指数函数的实 部表达它的规律为
i i0 im cos[2 νDt (i S )]
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
图6-39 光纤陀螺仪示意图
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如图6-30所示，静止光源O发出一束频率为 νi 的单色光， 该单色光入射到与被测流体一起运动(速度为 υ )的微粒Q 上，微粒Q接收到的光的频率是
- υ ei υ ei νQ νi (1 ) νi (1 ) c c
图6-30 频率为 νi 的单色光入射到速 度为 υ 的微粒Q
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
多普勒频移为
νD νs νi
υ c
(es ei )νi
如图6-32可得 2uνi υ (es ei ) u es ei 2u sin νD sin 2 c 2 若入射光在真空中的波长为i，则有
νD 2uνi 2u c i i D sin sin u c 2 c 2 2 sin 2
应用前面的推导
υ
2 u
i
sin 或u 2 2 sin 2
i νDs
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血液流速的测量
图6-34是激光多普勒显微镜光路图
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光纤多普勒测速仪原理图
图6-35 用于血液流速测量的光纤激光多普勒测速仪原理图
10
管道内水流的测量
双散射型测量光路
图6-36 测量管道内水流速度分布的激光多普勒测速系统原理图
第6章 激光在精密测量中的 应用（3）
6.5 激光多普勒测速 6.6 环形激光测量角度和角加速度
1
6.5 激光多普勒测速
激光多普勒测速的原理：用一束单色激光照射到 随流体一起运动的微粒上，测出其散射光相对于 入射光的频率偏移，即所谓的多普勒频移，进而 确定流体的速度。
2
运动微粒上接收到的光源入射光的频率