激光多普勒测速技术原理及其应用

激光多普勒测速仪(简称LDV)以其测速精度高、测速范围广、空间分辨率高、动态响应快、非接触测量等优点正快速地发展成为众多领域中一种最常见的测定工具。本文首先详细介绍了激光多普勒测速技术的基本原理,然后总结了激光多普勒测速技术在各个领域的应用,最后探讨了未来激光多普勒测速技术的发展方向。     

激光多普勒测速仪中的频谱分析技术

为了提高激光多普勒测速仪的测速精度,将频谱分析技术应用于多普勒信号的处理中,先对信号进行频谱细化,再对细化后的频谱进行校正。阐述了几种常见的频谱细化和频谱校正算法的基本原理,并对它们的频谱分析精度和运算量进行了比较。在Matlab平台上将它们应用于理想正弦信号进行仿真,比较了各种算法的优缺点,最后将频谱细化和频谱校正技术应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验结果表明:频谱细化技术可以大大提高激光多普勒信号的频谱分辨率,频谱校正技术可以准确地校正多普勒频率,减小信号处理的误差。将其运用于激光多普勒测速仪中切实可行,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

基于液体透镜的激光多普勒信号品质因子增强技术

为了提升多普勒信号的有效性,增加激光多普勒测速仪的工作距离和可测量范围,提出了一种基于液体透镜的品质因子增强技术。对多普勒信号的品质因子分布进行了理论分析,然后以高斯光学为理论基础,对基于液体透镜的激光多普勒测速仪出射高斯光束的腰斑位置和大小进行了仿真分析。最后搭建了基于液体透镜的激光多普勒测速系统,对不同驱动电流下的品质因子进行了测量。理论分析和实验结果表明:通过改变液体透镜的驱动电流,多普勒信号的品质因子显著增加,大幅提升激光多普勒测速仪的工作距离和可测量范围。     

激光多普勒测速的讯号处理

总结了激光多普勒测速技术中讯号处理的六种方法,介绍每种方法的基本原理、适用范围及优缺点。对如何根据具体的测量对象及测速仪光学系统和多普勒讯号的特点来选择讯号处理方法作了概括小结。     

激光多普勤测速技术及其在流体力学中的应用

本文描述了激光多普勒测速技术的原理、特点，并介绍了所研制的激光多普勒测速仪在原子能工程，液压传动和船舶工程研究测试中的几项实际应用。着重叙述了在这些应用中所面临的问题以及所采取的措施。     

激光多普勒测速与光的干涉

本文首先描述了激光多普勒测速原理,而后论述了两束光的相干匹配。前者指出激光多普勒测速原理的理论解释始于多普勒效应和光外差技术,而后对于双光束条纹型光路又用散射粒子穿越相交区的干涉条纹而产生信号频率进行了解释。两种解释都有不足之处,于是本文提出了一种统一的理论即激光多普勒测速原理是基于光的多普勒效应和光的干涉,而两者紧密配合则能达到测速的目的,因此本文作者认为正确的名字应为激光多普勒干涉测速仪。并从光的多普勒效应、测速中光的多普勒效应、测速中光的干涉几部分进行了论述。后者着重论述了两束光的     

基于激光的多相流测试技术应用研究进展

激光测速已广泛存在多相流动测量中,测量原理主要有相关性原理和多普勒原理,将两种测量原理分别与成像技术或光散射理论结合发展了多种测试技术。本文对基于激光的多相流测试技术在多相流动测量应用研究进展进行分析和综述,并对今后发展进行展望。粒子成像测速技术、激光多普勒测速仪、相位多普勒风速计等已成为多相流动参数测量的有效工具,激光诱导荧光技术在工程多相流动相分离领域应用前景较好。随着对多相流动机理认识的加深,三维粒子成像测速技术、全息粒子图像测速技术等将是今后多相流动测量领域发展的热点。     

基于激光多普勒测速的流场测试技术

激光多普勒测速技术,作为一种非接触式测速技术,具有测速精度高,测速范围广,空间分辨率高,不影响流场分布、可测远距离速度场等优点。因此多普勒测速技术已经在众多领域中得到广泛的应用。本文主要从理论上对激光多普勒测速技术进行分析,从实验角度阐述了激光多普勒测速技术的工作机理。并对激光多普勒测速技术在内燃机中流场测试应用的可行性进行分析,最后介绍了多普勒测速技术在内燃机流场测试中的应用和国内外发展情况。     

基于激光回馈效应的多普勒测速技术

激光回馈现象得到了广泛的研究和关注,而多普勒测速是激光回馈研究中的一个重要分支。介绍了激光回馈多普勒测速技术的基本原理,以及3种不同类型的基于激光回馈原理的多普勒测速技术,总结了其工作原理以及优缺点,并对激光回馈多普勒测速技术的发展方向进行了探讨。     

激光干涉连续测速技术

阐述了对高速运动过程用激光干涉方法连续测速时，多普勒频移与被测运动物体运动速度之间的关系和对激光照明光源的主要技术性能要求，以ＪＳＧ－２型点测速仪为例，说明了它的组成，记录信号特点及最终速度信息的处理方法。介绍了具有二维和一维空间分辨的面，线成象激光干涉测速仪及光纤传输测速仪研制和应用的最新进展。     

一种新的双频激光多普勒测速方法的实验研究

提出了一种新的双频激光多普勒测速方法,利用同偏振的双频激光器作为光源,并用两个线偏振光同时传感物体的速度,可以大大提高最高可测量速度。本文分析这种新方法的原理并进行了实验验证。结果表明,利用这种方法可以实现对高速运动物体速度的高精度测量。     

不同固体表面下激光多普勒测速的数值模拟

激光多普勒测速仪(LDV)的测量精度和应用受到光电探测器、环境状况、频谱加宽和信号处理等因素影响。本文根据条纹模型和散射机理建立了固体LDV的数学模型,并通过数值模拟详细分析了固体表面特性和测量精度之间的关系,实验结果和数值模拟结果符合得很好。LDV能够精确地测量出固体表面运动速度,但要求被测固体的表面粗糙度在一定范围内,而且这个范围由条纹间距和有效探测体宽度决定。     

非正交LDV测量三维速度的一些研究

激光多普勒技术(LDV)已经得到了广泛的应用,成为非接触测量速度场的重要工具。差动式LDV成为激光多普勒测量技术的标准以来,由于各种限制条件,一般不能直接利用正交LDV测量三维速度。而必须使用非正交LDV系统先测量得到非正交的三维速度,然后通过变换方程求得正交三维速度。通过理论分析,非正交LDV技术测量三维速度得到的一些结论对实际测量具有指导作用。     

激光多普勒测速中连续波调频非线性的分析与校正

基于多普勒效应的线性调频激光测速系统的原理是:激光照射到运动目标,引起光束频率发生改变,返回的光束与本振光进行相干混频后得到多普勒频移,进而可以推算出目标的相对运动速度值,但调频的非线性严重影响了测量结果的准确性。仿真分析了调频非线性对测量的影响,调频非线性会使混频后频移产生误差,造成速度测量不准,并且影响速度极性的判断,验证了激光调频线性度对测速有很大影响的结论,并对校正调频非线性提出了可行的方法,完成了调频线性化的矫正,降低了系统测量误差。     

8C2--Fluid flow measurements with a laser Doppler velocimeter

The basic principles of the laser Doppler velocimeter, a new instrument for measurement of localized flow velocities in gases and liquids, are discussed in detail. Velocity measurements are made by detecting the Doppler shift in monochromatic laser light which is scattered from small contaminant particles in the fluid. ACWgas laser serves as the light source, and the Doppler shift is detected by optical heterodyne techniques. The latest fluid flow measurements obtained with the laser Doppler velocimeter are presented.     

粒子动态分析仪(PDA)测量湍流场时散射粒子的选择

应用激光技术测量流场时需要合适的散射粒子。本文研究了激光三维粒子动态分析仪测量湍流流场时,如何选择合适散射粒子的问题。实验结果表明,散射粒子的合理选择是保证测量精度的重要措施之一。在测量强脉冲湍流场时,应选用密度小,直径小且折射率大的粒子作为散射粒子。选择合适的粒子播散浓度。     

基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

提出了基于单固体Fabry-Perot（F-P）标准具的双频率多普勒激光雷达技术。介绍了系统结构,并分析了系统的风场探测原理。根据探测指标要求,对系统各单元参数,特别是F-P标准具参数进行了详细的优化设计。利用得到的优化参数对雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明:采用100 mm口径的望远镜和脉冲能量50 J、重复频率6 kHz的半导体激光器,在发射激光仰角60、距离分辨率60 m和脉冲累计时间1 min的情况下,晴天时,系统在3 km高度处的径向风速误差小于0.75 m/s;有薄雾时,系统在1.5 km高度处的径向风速误差小于0.58 m/s。在发射激光仰角8、距离分辨率60 m和脉冲累积时间10 s的情况下,不同的能见度天气时,系统在4 km处的径向风速误差都小于1 m/s。     

激光多普勒测速雷达技术研究现状

多普勒频率提取算法是激光多普勒测速雷达的关键技术之一,它会直接影响测速精度、作用距离、动态响应范围。本文以一款典型激光多普勒测速雷达为例介绍了测速系统的组成与关键技术,对比分析了国内外典型激光多普勒测速雷达的性能指标及技术参数,重点研究了各种多普勒频率提取算法,并对各种算法的优缺点进行概括总结。最后对多普勒频率提取算法进行了展望。     

电子束曝光系统中精密工件台的测量系统

介绍了电子束曝光技术的原理。根据精密工件台对测量系统的需要,设计了三轴工件台测量系统布局方式,并简单介绍了激光干涉测量系统所需元器件数量的计算方法。重点讨论了双频激光干涉测量原理、双频光束与运动方向敏感性的关系以及读出装置信号处理方法。在此基础上,对研制的电子束曝光系统精密工件台进行了直线性和垂直性实验测试,其测量分辨率达到0.6nm,测量重复性精度达到±0.06μm,测量绝对误差达到0.011μm。结果表明,采用双频激光测量系统可确保工件台系统测量和定位准确性。