资源描述：
《激光多普勒测速的原理_装置及应用 》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、护料料料铡绷料拟娜料今实验研究二、岑,知料、料料绷掷必激光多普勒测速的原理、装置及应用武汉水利电力学院激光组,。应用激光测量流体的流速是六十年代迅速发展起来的一种新的测速方法它和过去应,、、,用的传统的测速仪器如皮托管旋浆式流速仪热线式风速仪等相比有如下几个主要优点一,一“。无接触测量不干扰流场测速范围广丫米秒空间分辨率高动态响应快特、、、、、、别是对高速流体恶性如酸性碱性高温等流体狭窄流场湍流紊流边界层等的测量方,显示出传统方法无法比拟的优点。目前已在航空、、
2、、、、电力、医疗、面动力机械气象水工化工国、。防科研等部门得到应用原理,。,激光多普勒测速的原理是利用光学多普勒效应即当激光照射运动着的流体时激光被,,跟随流体运动的粒子所散射散射光的频率将发生变化它和入射激光的频率之差称为多普。,,。勒频差或多普勒拍频这个频差正比于流速所以测出多普勒频差就测得了流体的速度,,,,如图所示设两束相干的激光其波矢量分别为和照射到随流体以速度刃运动,,。,的微粒子上被粒子所散射其散射光在观察方向的波矢量分别为和凡和凡与。,,,,。,和内和的夹角分别
3、为月和月两散射激光束与入射的夹角分别为与显见激光的多普勒频差分别为·‘一。、、上,、、,,九会广·了刀一一刃会凡于是,可以求得两束散射激光的多普勒频差为公,。八、“,““‘“‘“”一一一灭又一十卢一卢,尸一盯卫葬于内州尸图激光被运动粒子散射产生多普勒频差图双散射前向散射光路原理,。,”式中入是入射激光的波长对于下文所要介绍的双散射光学系统设被测流速的方向,。,,二一,一,一,垂直于与凡夹
4、角的平分线其光路原理如图所示显见月刀月由式可得多普勒频差的表达式公”一“了丙派令两个入射激光束凡和凡的夹角为,由图可见,则式变为百一百公九日百入。,式即为多普勒频差的数学表达式从式动中可知若测得多普勒频差扔即可求得流速公。光路,,可激光多普勒测速的光学系统按光接收器的位置而言以分为前向接收和后向接收型两。,,。类若光接收器对准入射激光的前进方向在被测流体的另一侧接收称为前向接收型在入,,。射激光的反方向即接收器与激光器在被测流体的同侧
5、接收称为后向接收型按入射到测量,可分为单束激光入射的单束散射型和两束激光入射的双散射型。位置的激光束数目而言按,。光接收器接收频差的方法而言可分为参考光法和外差法两类若光接收器接收的是一束参,。考光即未经过测量体积或未经粒子散射的入射激光和一束散射光的频差称为参考光型,。若接收的是两束散射光的频差称为外差型下面分析几种前向接收型的典型光路,如图,。并作简单的比较二、二旦互泉食一食、、岛、气、邵、无一户一梦、尸了一一粉一司一「厂卜一图几种典型光路。
6、图中于氦一氖激光器半反射半透射镜万全反射镜尸尸透镜皿光电倍增管散射微粒。一,,图所示的是单束散射参考型自氦氖激光器射出的激光经透镜聚焦到流体中,,,,要测的散射粒子点上这束光继续前进经过透镜几并经反射镜到半反射镜此为。,,,参考光另外流体中散射粒子的散射光经过并透过半反射镜刀召恰好与参考光准直并,即为多普勒频差。图,在光电倍增管的阴极上产生频差所示的亦是单束散射型不同的是参考光在进入流体之前就被分束了。,,单束散射参考型的光路系统是激光多普勒测速早
7、期所采用的光路它们有二个较大的缺。,,,,点一个是所谓准直问题根据电磁理论可以证明在这种光路中参考光和散射光必须准直即接近于平行地射到光电倍增管的阴极表面,否则光电倍增管产生的交流信号将减弱甚至消。,。,失然而要做到接近于平行比较困难即使达到接近于平行光电倍增管阴极表面的使用面,,,。积就小了接收孔径也小使接收到的总光能少信噪比很低另一个缺点是散射光的角扩散会引起多普勒频差的频带加宽。可,以证明散射光的相对角扩散是和多普勒频带加宽的百分。,比接近于相等的即假如散射光的相对角扩散为石多时引起的多普
8、勒频带加宽也几乎达,。,界这样大大地影响对多普勒频差的测量精度如果设法减小角扩散那么接收的散射光就,也会使信噪比。狭窄降低图。,所示的是单束散射外差型的典型光路它的主要特点是单束激光入射但在接收,,,时对称地选取两束散射光即多普勒频差不是散射光与参考光的差而是两束散射光的差故,、。,称为单束散射外差型或称为单束散射微分型单束散射对称型理论和实验都证明此种光路的最大优点在于,,即可以选用较大的接收接收孔径的大小对多普勒频带加宽的影响较小,。孔径而不引起多普勒频带的显著加宽、
