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。     

激光多普勒测速技术进展

综述了激光多普勒测速技术的最新进展。首先简单介绍了激光多普勒测速技术的基本原理;然后对差分混频单频激光多普勒测速仪等6种单频激光多普勒测速仪和正交偏振双频激光多普勒测速仪的结构、工作原理及其优缺点进行了详细讨论;最后对清华大学最新研制出的可显著扩大测速量程的HH型双频激光多普勒测速仪进行了较为全面的介绍,并探讨了未来激光多普勒测速技术的发展方向。     

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。     

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。     

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     

双光束激光多普勒转速测量系统的实验验证

激光多普勒测速技术具有非接触、无磨损、精度高等优点,被广泛应用于工业、航海、航天等领域的高精度速度、加速度、长度测量。双光束激光多普勒测速技术作为其中的一个分支,具有结构简单、抗干扰强的特点。为提升双光束激光多普勒测速技术的测量精度,搭建一种测量圆周转动线速度的轴对称型双光束激光多普勒系统,采用高速响应的探测器观测差频信号。当目标的线速度为1 596.6 mm/s时,激光多普勒差频信号理论值是0.975 MHz,测量角度为0°,实验观测到的差频信号是1.013 MHz,与理论值相比误差约为3.8%;进而变换观测器的不同角度位置,测量得到的多普勒频移和0°的频移误差在0.8%以内。结果表明,该测量系统能够测量到运动物体的多普勒频移信号,同时更改双光束激光多普勒测速的观测器角度,不影响测量结果。该实验系统为后续进一步进行激光多普勒测速技术的研发打下了良好的基础。     

激光多普勒测速实验系统

利用激光多普勒效应测量流体流速已成为近年来测速系统的发展趋势,激光多普勒测速具有高精度、非接触等优点,但由于激光器的限制此技术尚未广泛普及应用。详细推导了多普勒测速的原理和计算方法,相信能够为解决实际问题带来帮助,例如暖气管道流量计的设计等。     

双纵模He-Ne激光器的多普勒测速系统

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激光多普勒测速系统利用相邻两个纵模的拍频作为基频大大减小了比例因子,解决了系统进行高速及超高速测量的难题;数字滤波去除直流基底和部分噪声;自相关技术进一步抑制噪声,提高了信噪比,便于精确提取多普勒频率。测量了高速转盘上待测点切向运动的速度,测量结果的重复性精度优于0.8%。     

激光相干多普勒测速精度实验

激光相干多普勒测速雷达由于测量精度高、测速范围广、功耗体积小等优势广泛应用在风场测量、导航及飞行器着陆等方面。为了测试其测速精度,本文研制了速度发生器,搭建了高精度大速度范围的精度测试平台,利用搭建的测试平台对激光多普勒测速精度进行测量,在105.8266 m/s的速度下测得的精度为0.0383 m/s。对激光多普勒测速的精度进行了分析,提出了插值校正FFT频率、采用流水线的FFT处理方法、增加采样位数和提升采样频率等方法来提高测速精度。     

一种便携式激光多普勒测速光学系统的设计

为了将激光多普勒测速技术应用于野外流体速度测量,设计了一种基于舣光束模式的激光多普勒测速光学系统,采用光纤耦合半导体激光器作为光源,通过保偏光纤耦合器、保偏光纤准直器以及非球面透镜来实现激光的分束、准直与聚焦,形成干涉条纹,并利用接收透镜、针孔光阑以及雪崩光电二极竹检测多普勒信号光.结果表明,所设汁的光学系统的空间分辨...     

激光技术在燃油喷雾测试中应用的进展

本文系统地概述了近年来激光测雾技术的发展,介绍了激光多谱勒测速技术、粒子图象测速技术、激光散射技术、激光全息技术、激光荧光法以及激光衰减法的原理、特点和存在的一些问题,并指出了激光测试技术在燃油喷雾研究中的应用前景。     

激光多普勒测速技术及其在航空中的应用

前言利用光学多普勒效应和采用光外差技术发展起来的激光多普勒测速方法和传统的测速法如皮托管、热线风速仪、热膜流速计等相比,具有以下显著的特点:1.激光多普勒测速是非接触测量,测量过程对流场无干扰,对回旋流速场尤为适用,可极方便地在恶劣环境中（如强腐蚀性流体,高温高压气流等）进行测量.2.空间分辨力极高,目前已超过10-4mm3,可测直径10μm,深度10μm小部位流速,非常适用于边界层、薄层流体、狭通道流动等场合的测量.3.动态响应快,速度信号以光速传播,惯性极小.4.精度高,线性度好,基本上与流体其它特性（如温度、压力、密度、粘度）无关.5.具有好的方向灵敏性,可研究二维、三维流动和测量任意方向速度分量.6.测速范围大,由于激光频率很高,允许有很大的多普勒频差,对应的速度也很大,目前,测速范围从零点几毫米/秒到数千米/秒,这是普通测速法不能比拟的.     

参考光束型激光多普勒测速仪的研究

针对双光束激光多普勒测速仪不能进行离焦测量和陆用导航系统行驶路面上下起伏的特点,提出并设计参考光束型激光多普勒测速仪,用于物体横向速度的测量,很好地解决了陆用惯导系统中离焦测量的难题。与光接收计数法测量结果相比较,系统的稳定性虽高,但测速的相对精度不高（1％左右）,需作进一步深入研究。     

小波分层法在激光多普勒测速信号中的应用

为了降低激光多普勒测速信号中的噪声，采用在仿真激光多普勒测速信号中加入高斯白噪的方法，通过小波分层后高频系数置零法和小波阈值去噪法2种方法进行仿真去噪，进行了仿真分析及实验验证。结果表明，小波分层后高频系数置零法能够提高信噪比获得图形光滑的信号，达到较理想的去噪效果。这一结果对提高在激光多普勒测速系统信号检测应用中的准确性是有帮助的。     

多点光子多普勒测速仪及其在爆轰物理领域的应用

爆轰物理、冲击波物理、强激光等众多领域均提出了对多个目标同时进行测速的要求,从而急需研制多点测速系统。论述了光子多普勒测速的工作原理和光路结构,计算了整个光纤链路上的功率变化,分析了多点光子多普勒测速系统最大通道数量的各个影响因素及影响程度。根据分析结果,研制了一套八通道光子多普勒测速样机,可对8个测点进行同步测速,并进行了爆轰加载金属飞片和粒子的验证实验。实验结果表明,在测试条件逐渐恶化,探头接收效率逐渐降低的情况下,样机对单个或多个运动目标均达到了较好的速度测量结果,获得了信噪比较高的待测目标速度曲线。研究结果对于深入探索多点激光测速技术及其应用极具参考意义。     

对流水槽温度场和速度场的测量

根据室内模拟大气边界层的需要，开发了适合于水中温度场和速度场测量的快速响应设备。采用铂电阻传感器多探头测量温度场，速度场采用片光源流动显示及PTV数据处理技术。温度和速度测量设备响应快，分辨率高，为室内模拟研究提供了可靠的实验手段。文中分析了温度和速度测量的系统误差和偶然误差，并提出了速度测量改进方法。     

基于多普勒雷达组网的机动目标跟踪

非轨道飞行器跟踪需要大型的跟踪网,跟踪设备包括大型测距、测速雷达,光学经纬仪等,系统庞大,建设、维护成本高。多普勒雷达测量精度高,结构简单,易于小型化,成本较低,但一直只是被作为跟踪网的测速辅助设备,还没有被单独用来组建跟踪网。文中针对非轨道飞行器,提出了采用多台多普勒雷达构建高精度、低成本的飞行器跟踪网的思路和算法。跟踪算法采用"当前"统计模型和自适应Kalman滤波。仿真结果表明,采用多台多普勒雷达构建高精度、低成本的机动目标跟踪网是可行的。