激光多普勒测量原理
激光多普勒测速技术..
福建农林大学交通学院 2007级物流管理2班 徐建福
激光多普勒测速技术的原理
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
在测纯净的水或空气速度时，必须由人 工掺入适当的粒子作散射中心。 被测流体要有一定的透明度，管道要有透明 窗口。
激光多普勒测速技术的特点
尽管如此，这种测速方法所具有的优越性，使它在许多场合成为一种
必不可少的检测手段。多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，围绕这一技 术的基本原理、设计方法和应用技术，学者们曾在有关杂志及重大国际会 议上发表了许多论文。早在七十年代就有重要著作面世，而且它的应用面 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 验室速度场测量到实际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，其应用范围有了极大的扩展。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要求。
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。
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激光多普勒测速技术的原理
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激光多普勒测速技术的原理
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激光多普勒测速技术的特点
优 点
速度方向的灵敏度好 测量精度高
空间分辨率极高，测量量程大 属于非接触测量，动态响应快
激光多普勒测速技术的特点
（1）属于非接触测量：激光束的交点就是测
激光多普勒测速技术
学院：机械工程学院
相干多普勒测风激光雷达的工作原理
相干多普勒测风激光雷达的工作原理
相干多普勒测风激光雷达是一种利用激光测量风速和风向的先
进技术。
它通过发射一束激光束，并接收被散射回来的激光信号来测量风速和风向。
激光束发射出去之后，会与空气中的颗粒发生散射，其中散射回来的信号会被接收并进行处理。
根据多普勒效应，当激光束与运动物体相遇时，激光波长会发生变化。
通过测量这种变化，可以确定物体的速度。
同样地，相干多普勒测风激光雷达也可以通过测量激光信号的多普勒频移来计算出空气中的流速。
通过不同的算法处理，可以将测量到的信号转换成实际的风速和风向数据。
这种激光雷达技术已经被广泛应用于气象、航空、海洋等领域，为人们提供了重要的气象信息和飞行导航支持。
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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。
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]。
激光多普勒测速技术
激光多普勒测速技术王素红多普勒效应多普勒效应是由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率不同的现象。
由澳大利亚物理学家J. Doppler1842年发现的。
声波的多普勒效应在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低。
为什么会发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低。
这种现象称为多普勒效应。
为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了。
因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被拉伸了。
光波的多普勒效应当单频的激光源与探测器处于相对运动状态时，探测器所接收到的光频率是变化的。
当光源固定时，光波从运动的物体散射或反射并由固定的探测器接收时，也可观察到这一现象，这就是光学多普勒效应。
它又被称为多普勒-斐索效应，是因为法国物理学家斐索（1819—1896）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法。
光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化。
如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。
1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度υ与距地球的距离r成正比，即υ = Hr, H 为哈勃常数。
根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小。
由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物. 因而1948年伽莫夫（G. Gamow）和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。
激光测转速的原理
激光测转速的原理
使用激光测量转速的基本原理是:
一、激光的方向性
激光能量高度集中,射线路径非常直,可准确照射目标。
二、多普勒效应
当光源和接收器中的一个运动时,接收的光频率将发生多普勒位移。
三、测速系统构成
1. 激光发射装置:发出稳定的激光束。
2. 转动目标:反射激光的转动物体。
3. 接收装置:接收反射光并检测频移。
4. 信号处理:分析频移信息,计算转速。
四、工作原理
1. 激光照射在转动目标表面,被反射入接收器。
2. 当目标表面朝接近光源方向转动时,反射光频率增大。
3. 当目标表面朝远离光源方向转动时,反射光频率减小。
4. 通过分析反射光的多普勒频移变化,可以计算出转动速度。
五、测量时注意事项
1. 确保激光照射稳定,光束准直。
2. 接收装置要求足够灵敏度。
3. 增加重复测量次数,取平均值以提高准确度。
4. 标定测试装置,校准反射材料参数。
5. 计算时滤除环境噪声干扰。
综上所述,激光测转速利用了激光的方向性和多普勒效应原理,通过检测频移变化
测量旋转目标的转速。
这是一种高精度的非接触式测速方法。
激光多普勒测量原理
激光多普勒测量原理激光多普勒测量原理是一种利用激光光束对运动物体进行测量的技术。
它基于多普勒效应，通过分析目标物体反射回来的激光光束的频率变化来计算目标物体的速度和运动方向。
激光多普勒测量广泛应用于雷达、交通监测、流体力学等领域。
激光多普勒测量原理的核心是多普勒效应。
多普勒效应是指当一个波源和观测者相对运动时，观测者所测量到的波的频率会发生变化。
对于激光多普勒测量而言，激光光束作为波源，目标物体作为观测者。
当目标物体静止时，激光光束的频率保持不变；而当目标物体运动时，激光光束的频率会发生变化。
如果目标物体远离激光光束，则光束频率变低；如果目标物体靠近激光光束，则光束频率变高。
激光多普勒测量原理的具体实现需要使用特定的设备和技术。
一般而言，激光多普勒测量系统由激光发射器、接收器、信号处理器和数据显示器等组成。
首先，激光发射器会发射一束激光光束，并将其照射到目标物体上。
目标物体会反射部分激光光束回到接收器上。
接收器会接收到反射回来的激光光束，并将其转化为电信号。
然后，信号处理器会对接收到的信号进行处理，提取出频率信息。
最后，数据显示器会将处理后的频率信息显示出来，以便用户进行分析和判断。
激光多普勒测量原理的优点在于其测量精度高、非接触性和实时性。
由于激光光束的波长很短，可以达到纳米级别的精度。
同时，激光多普勒测量原理不需要与目标物体直接接触，避免了对目标物体的干扰。
此外，激光多普勒测量系统可以实时监测目标物体的运动状态，适用于需要高时空分辨率的应用场景。
激光多普勒测量原理在不同领域有着广泛的应用。
在雷达领域，激光多普勒测量可以用于测量目标物体的速度和运动方向，实现目标追踪和碰撞预警。
在交通监测领域，激光多普勒测量可以用于测量车辆的速度和流量，提供实时的交通信息，帮助交通管理和规划。
在流体力学领域，激光多普勒测量可以用于测量流体介质中的速度和涡旋结构，研究流体流动的特性和行为。
激光多普勒测量原理是一种基于多普勒效应的测量技术，通过分析激光光束的频率变化来计算目标物体的运动状态。
激光多普勒测速
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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)
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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。
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• (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。
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f多D 普勒fS频移f用0 fD表f0示v(：eSc e0 )
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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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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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激光多普勒测量原理
激光多普勒测量是一种基于多普勒效应的测量方法，利用激光束与目标物体相互作用后产生的多普勒频移来测量目标物体的运动速度。
激光多普勒测量原理可以应用于多个领域，如气象学、医学、空气动力学等。
激光多普勒测量的原理是基于多普勒效应，即当激光束与运动的目标物体相互作用时，激光光束的频率会发生变化。
当目标物体靠近激光源时，激光光束的频率会变高；当目标物体远离激光源时，激光光束的频率会变低。
这种频率变化与目标物体的运动速度成正比。
激光多普勒测量系统由激光发射器、光学元件、光电探测器和信号处理系统等组成。
首先，激光发射器产生一束单色激光束，然后通过光学元件将激光束聚焦到目标物体上。
当激光束与目标物体相互作用时，光电探测器会接收到反射回来的光信号。
光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，并送入信号处理系统进行处理。
信号处理系统会分析接收到的电信号，并计算出激光光束的多普勒频移。
根据多普勒频移的大小和方向，可以确定目标物体的运动速度和运动方向。
激光多普勒测量系统可以实时测量目标物体的速度，并且可以精确到毫米级。
激光多普勒测量在气象学中的应用是测量大气中的风速。
通过激光
多普勒测量系统可以获取到大气中不同高度上的风速数据，从而帮助气象学家进行天气预报和气象研究。
此外，激光多普勒测量还可以应用于医学领域，用于测量血液流速和心脏功能等。
在空气动力学研究中，激光多普勒测量可以用于测量飞行器的速度和飞行姿态。
激光多普勒测量原理的优点是测量速度快、精度高、非侵入性强。
相比于传统的测速方法，激光多普勒测量可以实现对运动物体的高精度测量，并且不会对目标物体造成干扰。
激光多普勒测量技术已经在许多领域得到广泛应用，并且不断发展和完善。
激光多普勒测量原理是一种基于多普勒效应的测量方法，利用激光光束与目标物体相互作用后产生的多普勒频移来测量目标物体的运动速度。
激光多普勒测量在气象学、医学、空气动力学等领域有着广泛的应用前景，并且具有测量速度快、精度高、非侵入性强等优点。
随着技术的不断进步，激光多普勒测量技术将会得到更广泛的应用和发展。