激光多普勒測速.doc

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1、.理工大學(xué)課程考核論文課程名稱：圖像傳感與測量論文題目：激光多普勒測速技術(shù)姓名：靜學(xué)號：314101002268成績：任課教師評語：簽名：年月日范文..激光多普勒測速技術(shù)一、引言激光多普勒測速技術(shù)即LDV(LaserDopplerVelocimetry)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、鋼鐵、計量、醫(yī)學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域[1]。激光測速技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個階段。第一個階段是1964至1972年，這

2、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，使用調(diào)準(zhǔn)也不方便[2]。第二個階段是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。第三個階段是1981年至今。在此期間，應(yīng)用研究得到快速發(fā)展[3]。在發(fā)表的論文中，有關(guān)流動研究的論文急劇增加。多維系統(tǒng)，光纖傳輸技術(shù)以及數(shù)字信號處理和微機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)等的出現(xiàn)把激光多普勒技術(shù)推向更高水平，使用調(diào)整更加方便

3、。此外，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用是其小型化成為可能，推動激光多普勒測速走出實(shí)驗(yàn)室，邁向工業(yè)和現(xiàn)場應(yīng)用。二、主要容激光的多普勒效應(yīng)是激光多普勒測速技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，當(dāng)光源和運(yùn)動物體發(fā)生相對運(yùn)動時，從運(yùn)動物體散射回來的光會產(chǎn)生多普勒頻移，這個頻移量的大小與運(yùn)動物體的速度，入射光和速度方向的夾角都有關(guān)系。由于其有許多潛在的獨(dú)特功能，激光多普勒技術(shù)吸引了大量的實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)和其他學(xué)科的研究工作者去研究和解決這些問題，使激光測速技術(shù)得到飛速發(fā)展，成為流動測量實(shí)驗(yàn)的有力工具[4]。1.激光多普勒測速原理范文..激光測速的原理大致是這樣：

4、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[5]。設(shè)一束散射光與另一束參考光的頻率分別為，它們到達(dá)光探測器陰極表面的電場強(qiáng)度分別為：式中，分別為兩束光在光陰極表面處的振幅，分別為兩束光的初始相位。兩束光在光陰極表面混頻，其合成的電場強(qiáng)度為：光強(qiáng)度與光的電場強(qiáng)度的平方成正比：式中為常數(shù)，為兩束光初始相位差，。其中第一項(xiàng)為直流分量，可用電容器隔去，第二項(xiàng)為交流分量，其中是得到的多普勒頻移。多普勒頻移與物體運(yùn)動速度的關(guān)系為：式中：是激光的傳播矢量，為

5、散射光傳播矢量，是物理運(yùn)動速度方向單位矢量，是物理運(yùn)動速度[6]。2.激光多普勒測速特點(diǎn)激光多普勒測速與傳統(tǒng)的測速相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：（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、腐蝕性流體進(jìn)行測量。（2）空間分辨率極高：目前測點(diǎn)可小于，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

6、測量。范文..（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)時測量，是研究渦流、測量瞬時脈動速度的新方法。（4）測量精度高：測量所采用的公式是一個精確的物理關(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)。（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，目前已能測的速度，這是普通測速儀不能比擬的。（6）測

7、量速度方向的靈敏性好：因光束分離器旋轉(zhuǎn)時測點(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。激光多普勒測速儀本質(zhì)上是利用檢測流體中和流體以同一速度運(yùn)動的微小顆粒的散射光來測定流體速度的儀器，由此也帶來一定的局限性。（1）被測流體要有一定的透明度，管道要有透明窗口。（2）在測純凈的水或空氣速度時，必須由人工摻入適當(dāng)?shù)牧Ｗ幼魃⑸渲行?。?）流速很高時要求提高激光輸出功率，由于信號頻率很高而使信號處理困難。（4）價格較貴。（5）使用時要有一定的防震要求，并使管道和光學(xué)系統(tǒng)無相對運(yùn)動[7]。盡管如此，

8、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