激光多普勒測速技術(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：學(xué)號：314101002268314101002268姓名：陳靜姓名：陳靜激光多普勒測速技術(shù)11 激光多普勒測速技術(shù)發(fā)展激光多普勒測速技術(shù)發(fā)展2 激光多普勒測速技術(shù)原理激光多普勒測速技術(shù)原理3 激光多普勒測速技術(shù)特點(diǎn)激光多普勒測速技術(shù)特點(diǎn)4 激光多普勒測速技術(shù)應(yīng)用激光多普勒測速技術(shù)應(yīng)用整 體 框 架 激光多普勒測速技術(shù)(LDV)是伴隨著激光器的誕生而產(chǎn)生的一種新的測量技術(shù)，它是利用激光的多普勒效應(yīng)來對流體或固體速度進(jìn)行測量的一種技術(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、多普勒測速技術(shù)的發(fā)展3福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院 2007級物流管理2班 徐建福（1）1964至1972年，這是激光測速發(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，激光測速在光學(xué)系統(tǒng)和信號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。激光多普勒測速技術(shù)的發(fā)展 激光測速的原理大致是這樣：激光束射向流動著的粒子，粒子發(fā)出的散射光的頻率改變了，通過光電裝置測出頻率的變化，就測得了粒子的速度，也就是流動的速度

3、。激光多普勒測速技術(shù)的原理5 激光多普勒測速技術(shù)的原理6 激光多普勒測速技術(shù)的原理7屬于非接觸測量，動態(tài)響應(yīng)快屬于非接觸測量，動態(tài)響應(yīng)快空間分辨率極高，測量量程大空間分辨率極高，測量量程大測量精度高測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)激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn) 激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn)9 （1）屬于非接觸測量：激光束的交點(diǎn)就是測量探頭。測量過程對流場無干擾，不影響流場分布，這對回旋流場尤為適用，可測遠(yuǎn)距離的速度場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)行測量。 激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn)10 （2）空間分辨率極高：目前測點(diǎn)可小于10-4mm3，

4、隨著所用激光波長的減小，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合的測量。 激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn)11 （3）動態(tài)響應(yīng)快：速度信號以光速傳播，慣性極小，只要配以適當(dāng)?shù)男盘柼幚頇C(jī)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，是研究渦流、測量瞬時(shí)脈動速度的新方法。 激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn)12 （4）測量精度高：測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）無關(guān)，通過光路計(jì)算和保證制造精確后，可不考慮光路系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)測量精度很高，因而可用他來校正其他類型測速儀器。測速精度一般可達(dá)0.5%1.0

5、%。 激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn)13 （5）測量量程大：因?yàn)轭l差與速度成簡單線性關(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0.1mm/s到2000m/s的速度，這是普通測速儀不能比擬的。 激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn)14 （6）測量速度方向的靈敏性好：因光束分離器旋轉(zhuǎn)時(shí)測點(diǎn)不變，所以可方便地測量任意方向的速度分量，并可用作常量二維流動的測量研究。被測流體要有一定的透明度，管道要有透明被測流體要有一定的透明度，管道要有透明窗口。窗口。在測純凈的水或空氣速度時(shí)，必須由人在測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?。流速很高時(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，由于信號頻率很高而使信號由于信號頻率很高而使信號 處理困難處理困難價(jià)格較貴價(jià)格較貴缺缺 點(diǎn)點(diǎn)激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn) 激光多普勒測速技術(shù)的特點(diǎn)16盡管如此，這種測速方法所具有的優(yōu)越性，使它在許多場合成為一種必不可少的檢測手段。多年的研究使多普勒測速儀技術(shù)得以迅速發(fā)展，從不能辨別流向到可以辨別流向，從一維測量發(fā)展到多維測量，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)者們曾在有關(guān)雜志及重大國際會議上發(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，從流體測速到固體測速，從單相流到多相流，從流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室速度場測量到實(shí)際上較遠(yuǎn)距離的大氣

7、風(fēng)速測量，從一般氣、液體速度測量到人體血管中血流速度測量，其應(yīng)用范圍有了極大的擴(kuò)展。反過來，各類應(yīng)用對這一測速技術(shù)及測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 多普勒測速儀多普勒測速儀3 血液流動的研究血液流動的研究4 超音速風(fēng)洞中激光測速超音速風(fēng)洞中激光測速激光多普勒測速技術(shù)的應(yīng)用 激光多普勒測速技術(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空掃描時(shí)，如遇到活動目標(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，可測出目標(biāo)對雷達(dá)的徑向相對運(yùn)動速度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測出目標(biāo)的距離。同時(shí)用頻率過濾方法檢測目標(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。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)，能探測出隱蔽在背景中的活動目標(biāo)。 激光多普勒測速技術(shù)的應(yīng)用19 激光多普勒測速儀是利用激光多普勒效應(yīng)來測量流體或固體運(yùn)動速度的，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。一般的船用測速儀只能測出船與海水之間的速度，而不能測得船與海底的相對速度。由于海水是隨風(fēng)浪而動的，有時(shí)即使船速很小，但風(fēng)浪很大時(shí)，船相對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。 激光多普勒測速技術(shù)的應(yīng)用20 近年來迅速形成的力學(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，推動了激光多普勒測速的研究。它是利用多普勒效應(yīng)原理，對運(yùn)動的臟器和血流進(jìn)行探測的儀器。其中，經(jīng)顱多普勒是一個(gè)有效的無創(chuàng)傷性的腦血管檢查方法，屬超聲檢查范圍，因此對受檢查者毫無創(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量原理圖血液流速測量原理圖 激光多普勒測速技術(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