激光多普勒干涉仪介绍优秀课件
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激光多普勒粒子分析PDA课件
将多普勒频移信号解调为速度或粒径 信息。
信号滤波
去除背景噪声和其他干扰信号，提高 信号质量。
计算机系统
数据处理
对采集到的数据进行处理和分析 ，提取有用的信息。
用户界面
提供友好的用户界面，方便用户进 行操作和控制。
系统控制
控制整个PDA系统的运行和参数设 置。
03
PDA系统软件功能
数据采集
实时性
激光多普勒粒子分 析PDA课件
contents
目录
• 激光多普勒粒子分析技术简介 • PDA系统硬件结构 • PDA系统软件功能 • PDA系统操作流程 • PDA系统维护与保养
01
激光多普勒粒子分析 技术简介
技术背景
激光多普勒粒子分析技术（PDA）是一种非侵入式、高精度、高灵敏度的测量技术 ，广泛应用于流体力学、燃烧学、生物医学等领域。
环境科学
用于大气污染监测、水处理等 领域，如颗粒物浓度的测量和
排放控制。
工业生产
用于工业流程监控、产品质量 检测等，如颗粒物粒径分布的
测量和质量控制。
02
PDA系统硬件结构
激光器
01
02
03
激光器类型
脉冲激光器、连续激光器 等，用于产生多普勒频移 信号。
波长选择
根据不同应用需求选择合 适的波长，如可见光、近 红外等。
对样本进行预处理，如稀释、染色等，以便于观察和分析。
仪器设置
根据实验需求，设置激光多普勒测速仪的参数，如采样频率、 测量范围等。
数据采集与处理
1 2
数据采集
通过激光多普勒测速仪获取粒子速度数据。
数据处理
对采集的数据进行滤波、去噪等处理，以提高 数据质量。
《激光干涉测量技术》PPT课件
···
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
I 1 I 2
我们研发各种偏振片和延迟器件
o光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体
CaCO 3
纸面
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折
光光
射
方解石 晶体
晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该 方向称为晶体的光轴。
在干涉测量中，干涉仪以干涉条纹来反映被测件的信 息，其原理是将光分成两路，干涉条纹是两路光光程差相 同点联成的轨迹。而光程差△是干涉仪两支光路光程之差， 可用下式表示
式中，nj、ni分别为干涉仪两支光路的介质折射率：li， lj分别为干涉仪两支光路的几何路程差。若把被测件放入
干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差将随着被测件的 位置与形状而变，干涉条纹也随之变化，测量出干涉条
激光干涉测量技术
干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一 门技术。20世纪60年代以来，由于激光的出现、隔振条件 的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到 长足发展。
干涉测量技术大都是非接触测量，具有很高的测量灵 敏度和精度。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、 长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测 量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马 赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；70年 代以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速， 如双频激光干涉仪等；近年来，光纤干涉仪的出现使干涉 仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。
(4)“猫眼”反射器 如下图(c)所示，它由一个透镜L和一 个凹面反射镜M组成、反射镜放在透镜的主焦点上，从左边来 的入射光束聚焦在反射镜上，反射镜又把光束反射到透镜， 并沿与入射光平行的方向射出(与反射镜的曲率无关)。若反 别镜的曲率中心C’和透镜的中心C重合，那么当透镜和反射 镜一起绕C点旋转时，光程保持不变：“猫眼“反射器的优点 是容易加工和不影响偏振光的传输。在光程不长的情况下也 可考虑用平面反射镜代替凹面反射镜，这样更容易加工和调 整。
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
I 1 I 2
我们研发各种偏振片和延迟器件
o光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体
CaCO 3
纸面
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折
光光
射
方解石 晶体
晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该 方向称为晶体的光轴。
在干涉测量中，干涉仪以干涉条纹来反映被测件的信 息，其原理是将光分成两路，干涉条纹是两路光光程差相 同点联成的轨迹。而光程差△是干涉仪两支光路光程之差， 可用下式表示
式中，nj、ni分别为干涉仪两支光路的介质折射率：li， lj分别为干涉仪两支光路的几何路程差。若把被测件放入
干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差将随着被测件的 位置与形状而变，干涉条纹也随之变化，测量出干涉条
激光干涉测量技术
干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一 门技术。20世纪60年代以来，由于激光的出现、隔振条件 的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到 长足发展。
干涉测量技术大都是非接触测量，具有很高的测量灵 敏度和精度。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、 长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测 量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马 赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；70年 代以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速， 如双频激光干涉仪等；近年来，光纤干涉仪的出现使干涉 仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。
(4)“猫眼”反射器 如下图(c)所示，它由一个透镜L和一 个凹面反射镜M组成、反射镜放在透镜的主焦点上，从左边来 的入射光束聚焦在反射镜上，反射镜又把光束反射到透镜， 并沿与入射光平行的方向射出(与反射镜的曲率无关)。若反 别镜的曲率中心C’和透镜的中心C重合，那么当透镜和反射 镜一起绕C点旋转时，光程保持不变：“猫眼“反射器的优点 是容易加工和不影响偏振光的传输。在光程不长的情况下也 可考虑用平面反射镜代替凹面反射镜，这样更容易加工和调 整。
最新02第二章激光干涉测量技术(上)讲解ppt课件
解决方案：在某一光臂中引入一定频率的载波，被测信
息通过载波传递：测量镜静止时，光电探测器的输出信 号为载波频率的交流信号；测量镜运动时，输出信号的 频率只在某一范围内增加或减少。使前置放大器可采用 交流放大器，可以隔绝由于外界条件引起的直流电平漂 移，可在现场稳定工作。
这种利用外差技术的干涉仪，称为外差干涉仪或者交流
傅立叶变换光谱仪的优点：能同时接收工作波段
范围内的所有光谱，记录全部光谱时间与一般光谱仪 器记录一个光谱分辨单位的时间相同，在不到1秒时 间内完成全部光谱扫描。信噪比高，波长准确度高， 分辨率高，杂散辐射低，以及光谱范围宽（从紫外、 可见、近红外直到中远红外区）
§2.2 激光外差干涉测量技术
单频激光干涉仪的特点：
I0
(v v0 )
I0
cos
2 0
I0
cos 2v0
I0 (v v0 ) cos 2vd I0 cos 2v0
对于复色光谱：
I () I (v) cos 2vd
复色干涉图是单色干涉图的加合。由于零程差时各单色 光的干涉强度都为极大值，其它光程差时各单色光相长 或相消，加合的结果形成一个中心突起并向两边迅速衰 减的对称图形。
处理电路的工作频带可以设定在1~2MHz之间，滤掉 了小于1MHz的全部噪声。
双频激光干涉仪的特点：“双频”起到了调制作用，
它在测量镜静止时，仍然保持一个1.5MHz的交流信号， 被测物体的运动只是这个信号频率的增加或减小，因而 前置放大可采用较高放大倍数的交流放大器，采用带通 滤波，滤掉低频噪声，避免了直流放大所遇到的直流漂 移、低频干扰等问题。
测量镜移动距离L为
N t
t
t
L = 0v d t02 fd t20 fd t2
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。
激光干涉仪讲解
EC10机架后部有电源插座、电源开关(on/off、一个状态灯、以及数据链接电缆插座，可将EC10装臵连接PC10或PCM20接口卡。
三、警告
EC10的原厂设臵应已符合您所在国家的电压及频率规格。不过，在您使用EC10前，特别是在国外使用EC10或在非标准电源的场所使用时，请先确定将电源设定在适当的电压。请检查装臵下部的开关设臵，如下图5所示：
2.零线没有熔接保险丝。将装臵接上电源时，务必留心将正确的电线连接火线
三、接口介绍
ML10的后面板包括一个激光器状态灯、ON/OFF电源开关、电源连接、数据联结插座、以及角度俯仰调整。注：请返回3.1.2观看ML10后面面板（图）
激光器状态灯可表示激光器是否已达到稳定的状态。
ON/OFF开关控制ML10激光器的电源输入。电源插座就在此开关旁边，可插入提供的电源导线上压模的标准IEC接头。
切换平均开启/关闭功能。
选择长期平均。
选择短期平均。
启动Renishaw Laser10分析软件。
会显示一个帮助窗口，其中包含本Renishaw Laser10校准系统用户手册的信息库。
结束数据采集软件。
以下为软件本体上的一些功能：
图1
图1显示当前检测到的实际位置，其中有红色背景和灰色背景的区分，红色代表当前检测过程- 19 -
3.2激光干涉仪是由哪些软件组成
3.1.2什么是软件？
软件：是人们为了告诉电脑要做什么事而编写的，电脑能够理解的一串指令，有时也叫代码、程序。
3.2.2具体的软件名称以及各自的用途是什么？
（1）Renishaw Laser窗口：
- 13 -
2.3怎么检测螺距误差？
（1）安装高精度位移检测装置。
（2）编制简单的程序，在整个行程中顺序定位于一些位置点上。所选点的数目及距离则受数控系统的限制。
三、警告
EC10的原厂设臵应已符合您所在国家的电压及频率规格。不过，在您使用EC10前，特别是在国外使用EC10或在非标准电源的场所使用时，请先确定将电源设定在适当的电压。请检查装臵下部的开关设臵，如下图5所示：
2.零线没有熔接保险丝。将装臵接上电源时，务必留心将正确的电线连接火线
三、接口介绍
ML10的后面板包括一个激光器状态灯、ON/OFF电源开关、电源连接、数据联结插座、以及角度俯仰调整。注：请返回3.1.2观看ML10后面面板（图）
激光器状态灯可表示激光器是否已达到稳定的状态。
ON/OFF开关控制ML10激光器的电源输入。电源插座就在此开关旁边，可插入提供的电源导线上压模的标准IEC接头。
切换平均开启/关闭功能。
选择长期平均。
选择短期平均。
启动Renishaw Laser10分析软件。
会显示一个帮助窗口，其中包含本Renishaw Laser10校准系统用户手册的信息库。
结束数据采集软件。
以下为软件本体上的一些功能：
图1
图1显示当前检测到的实际位置，其中有红色背景和灰色背景的区分，红色代表当前检测过程- 19 -
3.2激光干涉仪是由哪些软件组成
3.1.2什么是软件？
软件：是人们为了告诉电脑要做什么事而编写的，电脑能够理解的一串指令，有时也叫代码、程序。
3.2.2具体的软件名称以及各自的用途是什么？
（1）Renishaw Laser窗口：
- 13 -
2.3怎么检测螺距误差？
（1）安装高精度位移检测装置。
（2）编制简单的程序，在整个行程中顺序定位于一些位置点上。所选点的数目及距离则受数控系统的限制。
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
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激光多普勒测速讲解PPT课件
νs1 νs 2
νi νi
υ
c
υ
c
(es
(es
ei1)νi
ei2 )νi
νDs
υ
c
(ei2
ei1)νi
应用前面的推导 νDs
2u i
sin
2
或u
iνDs 2 sin
2
7
第7页/共22页
血液流速的测量
➢ 图6-34是激光多普勒显微镜光路图
8
第8页/共22页
（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）。
4
第4页/共22页
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
Ei t Ei exp j2νit i ES t ESexp j2νSt S
20
第20页/共22页
其它激光器
准分子激光器：(如ArF，193nm，用于光刻机) 自由电子激光器：工作物质是自由电子束，利用电子加速器 。 ➢ 输出的激光波长可在相当宽的范围内连续调谐，原则上可从厘米波一 直调谐到真空紫外。 ➢ 可以获得极高的光功率输出。 ➢ 将在激光分离同位素、激光核聚变、光化学、激光光谱和激光武器等 方面有着重大的应用前景。目前，自由电子激光器仍处于试验阶段。 化学激光器：将化学能直接转换成激光 、输出的激光波长丰富 、高 功率、高能量激光输出 。 光纤激光器。
13
第13页/共22页
固体激光器
固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激 光器。 常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴 石(Nd3＋:YAG)等三种 。 固体激光器的特点：输出能量大(可达数万焦耳)，峰值功率高 (连续功率可达数千瓦，脉冲峰值功率可达千兆瓦、几十太瓦)， 结构紧凑，牢固耐用。 广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面，例如打孔、焊接、 划片、微调、激光测距、雷达、制导、激光视网膜凝结、全息 照相、激光存储、大容量通信等。
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振动 测量
角偏 测量
分轴步进 对角线
位移 测量
滚珠丝杠 动态测量
主轴 精度
圆形 轨迹
直线位移测量
MCV-500
靶标反射镜 反射镜移动方向
非接触主轴精度测量
MCV-500+DI-500
MCV-500
聚光镜
主轴
陀罗径向跳动曲线
采样：2000点/秒
低频振动测量
适用于最高为100Hz的低频振动测量
分辨率
0.01微米
测量精度(不确定度) 1ppm (特殊订货可小于0.5ppm)
测量范围
15米 (特殊订货可加长到100米)
光靶最大移动速度 3.6米/秒
电源电压 电源频率 操作环境温度 高度 相对湿度
90～265VAC 50～60赫 5～38℃ 0～3000米 0～95%
MCV-500选购附件的测量功能
中频振动测量
适用于最高为100KHz的中频振动测量
高频振动测量
适用于极高频率的振动测量
MCV-5000系列激光干涉仪
X轴上下同步测量实例
Y轴左右同步测量实例
HP 单频激光干涉仪1960ICHELSON干涉仪
参考镜
白光
参考光束
测量光束
反射镜
产生干涉 探测器
单频激光干涉仪
1960年单频激光干涉仪
角锥反射镜
角锥反射镜
激光
参考光束
测量光束
产生干涉 探测器
双频激光干涉仪
1970年双频激光干涉仪
角锥反射镜
激光
参考光束
测量光束
偏振分光镜
产生干涉
探测器
角锥反射镜 线偏振光
线偏振光
激光多普勒干涉仪
1985年LDDM电光调制、外差式
角锥反射镜
激光
光电调制
探 测 器
位移测量安装比较
对光方便
MCV-500主要技术指标
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
技术指标名称
指标
激光稳定性
0.1ppm (特殊订货可小于0.05ppm)
激光多普勒干涉仪 介绍
美国光动公司 OPTODYNE，INC.
美国光动公司总裁王正平教授
激光干涉仪测量原理比较
测量基准 测量原理 测量方法 双频(FM) 技术发明年代
激光多普勒干涉仪
其它激光于涉仪
激光波长
激光波长
多普勒效应 测量多普勒频率偏移
(测量相位差) LDDM
1985年
分光干涉
测量干涉条纹数