激光多普勒測(cè)速技術(shù)

1、 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：314101002268314101002268姓名：陳靜姓名：陳靜激光多普勒測(cè)速技術(shù)11 激光多普勒測(cè)速技術(shù)發(fā)展激光多普勒測(cè)速技術(shù)發(fā)展2 激光多普勒測(cè)速技術(shù)原理激光多普勒測(cè)速技術(shù)原理3 激光多普勒測(cè)速技術(shù)特點(diǎn)激光多普勒測(cè)速技術(shù)特點(diǎn)4 激光多普勒測(cè)速技術(shù)應(yīng)用激光多普勒測(cè)速技術(shù)應(yīng)用整 體 框 架 激光多普勒測(cè)速技術(shù)(LDV)是伴隨著激光器的誕生而產(chǎn)生的一種新的測(cè)量技術(shù)，它是利用激光的多普勒效應(yīng)來(lái)對(duì)流體或固體速度進(jìn)行測(cè)量的一種技術(shù)，廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、機(jī)械、能源、冶金、水利、計(jì)量、醫(yī)學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域。激光

2、多普勒測(cè)速技術(shù)的發(fā)展3福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院 2007級(jí)物流管理2班 徐建福（1）1964至1972年，這是激光測(cè)速發(fā)展的初期。在此期間，大多數(shù)的光學(xué)裝置都比較簡(jiǎn)單，用各種元件拼搭而成，光學(xué)性能和效率不高（2）1973至1980年，在此期間，激光測(cè)速在光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)處理器方面有了很大的發(fā)展。光束擴(kuò)展，空間濾波，偏振分離，頻率分離，光學(xué)頻移等近代光學(xué)技術(shù)相繼應(yīng)用到激光測(cè)速儀中。（3）1981年至今。在此期間，應(yīng)用研究得到快速發(fā)展。激光多普勒測(cè)速技術(shù)的發(fā)展 激光測(cè)速的原理大致是這樣：激光束射向流動(dòng)著的粒子，粒子發(fā)出的散射光的頻率改變了，通過(guò)光電裝置測(cè)出頻率的變化，就測(cè)得了粒子的速度，也就是流動(dòng)的速度

3、。激光多普勒測(cè)速技術(shù)的原理5 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的原理6 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的原理7屬于非接觸測(cè)量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快屬于非接觸測(cè)量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快空間分辨率極高，測(cè)量量程大空間分辨率極高，測(cè)量量程大測(cè)量精度高測(cè)量精度高速度方向的靈敏度好速度方向的靈敏度好優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn) 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn)9 （1）屬于非接觸測(cè)量：激光束的交點(diǎn)就是測(cè)量探頭。測(cè)量過(guò)程對(duì)流場(chǎng)無(wú)干擾，不影響流場(chǎng)分布，這對(duì)回旋流場(chǎng)尤為適用，可測(cè)遠(yuǎn)距離的速度場(chǎng)分布或狹窄流道中的速度分布。也可很方便地在惡劣環(huán)境中如火焰、腐蝕性流體內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn)10 （2）空間分辨率極高：目前測(cè)點(diǎn)可小于10-4mm3，

4、隨著所用激光波長(zhǎng)的減小，光路和聚焦元件性能的改進(jìn)，還可以進(jìn)一步縮小。已可測(cè)出直徑10m中小部位流速。高的空間分辨率經(jīng)常使用于邊界層、薄層流體及狹通道場(chǎng)合的測(cè)量。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn)11 （3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：速度信號(hào)以光速傳播，慣性極小，只要配以適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理機(jī)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，是研究渦流、測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)速度的新方法。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn)12 （4）測(cè)量精度高：測(cè)量所采用的公式是一個(gè)精確的物理關(guān)系式，基本上與流體的其他特征（如溫度、壓力、密度及黏度）無(wú)關(guān)，通過(guò)光路計(jì)算和保證制造精確后，可不考慮光路系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)測(cè)量精度很高，因而可用他來(lái)校正其他類型測(cè)速儀器。測(cè)速精度一般可達(dá)0.5%1.0

5、%。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn)13 （5）測(cè)量量程大：因?yàn)轭l差與速度成簡(jiǎn)單線性關(guān)系，不論低速或高速都不需校正，他允許有很大的頻移，目前已能測(cè)0.1mm/s到2000m/s的速度，這是普通測(cè)速儀不能比擬的。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn)14 （6）測(cè)量速度方向的靈敏性好：因光束分離器旋轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)點(diǎn)不變，所以可方便地測(cè)量任意方向的速度分量，并可用作常量二維流動(dòng)的測(cè)量研究。被測(cè)流體要有一定的透明度，管道要有透明被測(cè)流體要有一定的透明度，管道要有透明窗口。窗口。在測(cè)純凈的水或空氣速度時(shí)，必須由人在測(cè)純凈的水或空氣速度時(shí)，必須由人工摻入適當(dāng)?shù)牧Ｗ幼魃⑸渲行?。工摻入適當(dāng)?shù)牧Ｗ幼魃⑸渲行摹Ａ魉俸芨邥r(shí)要求提高激光輸出

6、功率，流速很高時(shí)要求提高激光輸出功率，由于信號(hào)頻率很高而使信號(hào)由于信號(hào)頻率很高而使信號(hào) 處理困難處理困難價(jià)格較貴價(jià)格較貴缺缺 點(diǎn)點(diǎn)激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn) 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的特點(diǎn)16盡管如此，這種測(cè)速方法所具有的優(yōu)越性，使它在許多場(chǎng)合成為一種必不可少的檢測(cè)手段。多年的研究使多普勒測(cè)速儀技術(shù)得以迅速發(fā)展，從不能辨別流向到可以辨別流向，從一維測(cè)量發(fā)展到多維測(cè)量，圍繞這一技術(shù)的基本原理、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)，學(xué)者們?cè)谟嘘P(guān)雜志及重大國(guó)際會(huì)議上發(fā)表了許多論文。早在七十年代就有重要著作面世，而且它的應(yīng)用面也不斷擴(kuò)大，從流體測(cè)速到固體測(cè)速，從單相流到多相流，從流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室速度場(chǎng)測(cè)量到實(shí)際上較遠(yuǎn)距離的大氣

7、風(fēng)速測(cè)量，從一般氣、液體速度測(cè)量到人體血管中血流速度測(cè)量，其應(yīng)用范圍有了極大的擴(kuò)展。反過(guò)來(lái)，各類應(yīng)用對(duì)這一測(cè)速技術(shù)及測(cè)速儀器也提出許多更新更高的要求。1 多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)2 多普勒測(cè)速儀多普勒測(cè)速儀3 血液流動(dòng)的研究血液流動(dòng)的研究4 超音速風(fēng)洞中激光測(cè)速超音速風(fēng)洞中激光測(cè)速激光多普勒測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用18 多普勒雷達(dá)工作原理為：當(dāng)雷達(dá)發(fā)射一固定頻率的脈沖波對(duì)空掃描時(shí)，如遇到活動(dòng)目標(biāo)，回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱為多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小，可測(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測(cè)出目標(biāo)的距離。同時(shí)用頻率過(guò)濾方法檢測(cè)目標(biāo)的多

8、普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分辨出目標(biāo)信號(hào)。所以脈沖多普勒雷達(dá)比普通雷達(dá)的抗雜波干擾能力強(qiáng)，能探測(cè)出隱蔽在背景中的活動(dòng)目標(biāo)。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用19 激光多普勒測(cè)速儀是利用激光多普勒效應(yīng)來(lái)測(cè)量流體或固體運(yùn)動(dòng)速度的，通常由五個(gè)部分組成：激光器，入射光學(xué)單元，接收或收集光學(xué)單元，多普勒信號(hào)處理器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或數(shù)據(jù)處理器。它可以精確方便地測(cè)算出船舶航行的速度，使現(xiàn)代大型船舶進(jìn)出港口變得十分容易。一般的船用測(cè)速儀只能測(cè)出船與海水之間的速度，而不能測(cè)得船與海底的相對(duì)速度。由于海水是隨風(fēng)浪而動(dòng)的，有時(shí)即使船速很小，但風(fēng)浪很大時(shí)，船相對(duì)于海底的速度仍然很大，這就給船舶靠岸造成

9、了很大的困難。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用20 近年來(lái)迅速形成的力學(xué)分支生物力學(xué)，他把血液流體力學(xué)作為一個(gè)重要的研究課題，推動(dòng)了激光多普勒測(cè)速的研究。它是利用多普勒效應(yīng)原理，對(duì)運(yùn)動(dòng)的臟器和血流進(jìn)行探測(cè)的儀器。其中，經(jīng)顱多普勒是一個(gè)有效的無(wú)創(chuàng)傷性的腦血管檢查方法，屬超聲檢查范圍，因此對(duì)受檢查者毫無(wú)創(chuàng)傷和痛苦。許多腦血管檢查方法如放射性核素的腦血流量測(cè)定、腦血管造影、數(shù)字減影血管造影等均具有一定創(chuàng)傷性及并發(fā)癥，經(jīng)顱多普勒安全、無(wú)創(chuàng)傷性，適宜于普通的臨床應(yīng)用。激光多普勒顯微鏡光路圖激光多普勒顯微鏡光路圖血液流速測(cè)量原理圖血液流速測(cè)量原理圖 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用21 激光風(fēng)速計(jì)在風(fēng)洞中的使用不如在測(cè)量液流中那樣普遍，其一是風(fēng)洞不易建造，其二是空氣中塵埃下沉，很少甚至不可能產(chǎn)生