激光多普勒测速实验教程
激光多普勒测速
（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 观察者背离波源取负号。
f
V v
(1
v V
)
f
0
（3）观察者不动，波源以速度u相对于介质运动（
这种在迭加区域出现的光强稳定的强弱分布的现象称为光的 干涉。在观察时间内，P点平均光强为：
I 1
Id
0
E021
E022
2 E01 E02
1
cosd
0
பைடு நூலகம்
如果在观察时间内，各个时刻到达的两束光波迅速而无规
则地变化，多次经理0~2之间的一切值，则，
1
0
cosd
intensity points
DL
F
1
0 1/e 2 z
x
y
X
Transmitting System
Z
Y X Intensity
Distribution
Z Measurement Volume Y
Measurement Volume
Length:
4F
z
E
DL
sin
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。
激光多普勒流体速度测量
激光多普勒流体速度测量系别：11 学号：pb04210264 姓名：孙翀实验目的：1、应用光学元件组装电路；2、测量流体运动的速度。
实验原理：当两束相干光作用到一匀速运动的流体上，这时同样有多普勒效应产生，干涉与流体的速度有关，我们可以通过这种现象来测量流体速度。
1、多普勒效应Doppler effect光源固定，光频率为fs ，接受器运动，速度为U ，则⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−=c l U 1f f s R r r 光源运动，接受器固定，则： ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅=c k U -1f f s R r r2、在LDA 中， 激光源固定，激光被流体中的微粒散射后进入光敏二极管D ，被固定接受器接收的激光频率为：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−=c k U -1/c l U 1f f s R r r r r3、为了避免直接测量造成的不精确，实验中采用如下方法：一束激光被分成强度相等的两束，在mcv 中聚焦，流体中的微粒同时散射两束光，其散射光的多普勒偏移（Doppler shift ）是不同的。
这个不同，Doppler frequency ，可以被精确测量：()λϕ2sin U c l l U f f 12s D ⋅=−⋅=⊥r r其中⎟⎠⎞⎜⎝⎛=2l D arctan ϕ 只需测量D 和l 即可，其意义如图所示：（图缺）代入公式即可求得流体的速度。
数据处理：1、求出角度ϕo 12.711.222.8arctan 2l D arctan =⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=ϕ2、从计算机软件记录的图像中读出f D （即信号的峰值处频率）HZ 1501f D =3、计算流体速度⊥U 由公式：λϕ2sin U f D ⋅=⊥s /m 94.212.sin72mm 108.6321150HZ 2sin f U 6D m =×××=⋅=−⊥o ϕλ实验总结本实验的关键在于光路的调整，必须要使两束干涉光聚焦在流体中心。
新版激光多普勒测速实验
实验4.2 激光多普勒测速1842年奥地利人多普勒（J.C.Doppler）指出：当波源和观察者彼此接近时，收到的频率变高；而当波源和观察者彼此远离时，收到的频率变低。
这种现象称为多普勒效应，可用于声学、光学、雷达等与波动有关的学科。
不过，应该指出，声学多普勒效应与光学多普勒效应是有区别的。
在声波中，决定频率变化的不仅是声源与观察者的相对运动，还要看两者哪一个在运动。
声速与传播介质有关，而光速不需要传播介质，不论光源与观察者彼此相对运动如何，光相对于光源或观察者的速率相同。
因此，光学多普勒效应有更好的实用价值。
1960年代初激光技术兴起，由于激光优良的单色性和定向性及高强度，激光多普勒效应可以用来进行精密测量。
1964年两个英国人Yeh和Cummins用激光流速计测量了层流管流分布，开创激光多普勒测速技术。
激光多普勒测速仪（laser Doppler velocimeter，LDV），是利用激光多普勒效应来测量流体或固体速度的一种仪器。
由于它大多用于流体测量方面，因此也被称为激光多普勒风速仪（laser Doppler anemometer，LDA）。
也有称做激光测速仪或激光流速仪（laser velocimeter，LV）的。
1970年代便有产品上市，1980年代中期随着微机的出现，电子技术的发展，技术日趋成熟。
在剪切流、内流、两相流、分离流、燃烧、棒束间流等各复杂流动领域取得了丰硕的成果。
激光测速在涉及流体测量方面，已成为产品研发不可或缺的手段。
实验目的【1】了解激光多普勒测速基本原理。
【2】了解双光束激光多普勒测速仪的工作原理。
【3】掌握一维流场流速测量技术。
实验原理1． 多普勒信号的产生如图4.2-1所示，由光源S发出频率为f的单色光，被速度为v的粒子（如空气中的一粒细小的粉尘）P散射，其散射光由Q点的探测器接收。
由于多普勒效应，粒子P接收到的光频率为 )cos 1(1122'θc v c v f f +−= （4-9） 其中c 为光速。
Dantec 激光多普勒测速仪(LDA)原理说明书
The probe and the probe volume.激光多普勒测速仪（LDA ）原理简介激光多普勒测速仪是Dantec 公司最先采用多普勒原理，对一维到三维流动速度和粒子浓度进行同步、无接触实时测量的世界顶尖测量仪器。
它可以对以超音速、几乎静止不动或环流湍流中作反向流动的特性进行测量。
原理由布拉格单元输出的两束强度相同的光，其中一束被加了一个频移。
这两束光通过聚焦进入光纤，然后被传输到探头。
这些光经过一个聚焦透镜在探测体内相交于一点。
在探测体内，由于光的干涉现象，光的强度被调整而产生干涉条纹。
干涉条纹的距离是由激光的波长和两光束的角度决定的：()2/sin 2θλτ=d当流体流过探测体时，流动速度信息来自于流体中所带的微小“播种”粒子的散射光。
散射光中包含了一个多普勒频移，它与和这两个光束等分线垂直的速度分量成比例，X 轴的分量如图所示。
光电探测器把光强度的波动转化成电信号，即多普勒脉冲。
多普勒脉冲在信号处理器中被过滤和放大，然后经过频率分析（诸如快速傅立叶变换）确定多普勒频率。
干涉条纹的距离提供了粒子运动距离的信息；多普勒频率提供了时间信息；由于速度等于距离除以时间，即距离乘以频率，从而可以获得粒子的速度信息。
值得说明的是，Dantec 公司的LDA 系统可以很容易得升级成用于两相流动测量的相位多普勒测量系统（PDA ）Doppler frequency to velocity transfer function fora frequency shifted LDA systemAir vortex measured by FlowExplorer流体速度和湍流测量——FlowExplorer激光多普勒测速仪精确的流体速度测量FlowExplorer是一个高集成度高精度的激光多普勒（LDA）流体测量系统，可用于流体和湍流的研究。
FlowExplorer系统可以测量单一速度分量或者同时测量两个方向的速度分量。
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。
激光多普勒测速课件
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。
激光多普勒流体速度测量
激光多普勒流体速度测量06级11系姓名:赵海波学号：PB06210381实验目的: 1.应用光学元件组装干涉光路2.测量流体运动的速度实验原理：由激光器发生的激光由半透半反镜分成两束，由透镜聚焦于石英管的中间，被水银中的镀银玻璃珠散射。
由于水流具有一定的速度，因此散射后的光线频率会发生改变。
根据多普勒效应可以得出改变值，为=式中为干涉半角值，=D×l/2.λ为激光波长。
为水流速度，沿方向的分量，由于光线垂直与水流，因此也就是实际的水流速度方向根据测量值，由最小二乘法求出水流的速度数据处理：设=由=D×l/2=29.0/105.0=0.28 可计算的=0.27He-Ne 激光器产生的激光波长为6328 故可算得=令 得02+0.3+98-3*()=0 又由=知 b=0 解得 a=m/s 所以=a=m/s注意事项1流速较高时，在短管中会有紊流。
由于微粒的速度相差很多，造成虚假的结果。
2因为流速会变慢（由于液面差的不可避免的减小），信号峰会336D i D i 114sin [()][-1.7110()]D D i i f f f f f a δθδλ===--=⨯-∑∑测测0f f a b δδδδ==3D i 1[2()]D i f f f b δδ==--∑测从低频向高频漂移，情况将有所改变，此时可以选择高些的采用频率。
3由两个不同的流速定出速度。
改变软管夹的松紧程度，要保证改变的程度非常的小。
且软管夹改变后，要等候大约2min，流体的扰动减小了，新的图象才能建立好。
实验总结：1.本实验中利用了多普勒效应原理，测量液体流速速度能达到0.1mm数量级，精度比较高，将难于直接测量的流速转化为测量散射光波的变化频率。
2.实验中误差来源除了仪器精度和读数误差外，主要是由于水流中可能存在的紊流是微粒的速度并不一致，而且随着实验的进行。
软管中的压强差发生了变化，液体的流速也会发生变化，因此实验得到的结果应该认为是一个平均值、3.在处理数据时，由于流速与变化频率是成正比的，因此用最小二乘法计算出来的结果与直接求出变化频率的平均值再代入公式=得到的结果一样。
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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。