毕业论文《多普勒测速》

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1、1绪论1.1研究意义和目的光学多普勒效应是光学领域中具有广阔应用前景的学科分支Z-O激光多普勒测速仪由于采用激光为光源，具有一些激光的特性，这也是测速仪的优点，使得无论是从精度到时间和空间上的分辨率都提高到一个量级，在科学的各个领域都是少不了的检测方法。据币场调查，该项目在许多领域都有很大的市场。在交通领域，可以利用其测量汽车的速度，在冶金领域，可以利用其测量自动化生产线钢坯及钢管的速度及长度，国内大型钢厂对激光多普勒测速仪的需求很大，据调研，天津大无缝钢管公司、鞍钢现都在使用国外进口的激光多普勒测速仪，若将其国产化，将为国家节约人量外汇，创造良好的经济效益⑴。1.2激

2、光多普勒的发展历程早在1905年爱因斯坦就证明了在光波中也存在多普勒效应，1842年奥地利科学家Doppler,ChristianJohannf21首次发现，任何形式的波传播，由于波源，接收器，传播介质或散射体的运动，会使频率发生变化，即产生Doppler频移。I960年第一台激光器的诞生为观察光波中的多普勒效应提供了单色性好、方向性好、功率强的光源。Cummins和Yeh⑵在1964年利用激光多普勒测速测得层流管流分布，从此就开创了一门崭新的测量速度的激光多普勒技术，发展了激光多普勒测速仪(LDV)o激光多普勒测速技术(简称LDV)是激光的一种重要技术运用，是一种测量

3、流体或固体速度的新技术，它具有非接触测量、精度高、测点小、动态响应快、可测多维速度和判别速度方向等优点。H前,激光多普勒频移技术已广泛的应用到流体力学、空气动力学、燃烧学、生物学、航空、航天、机械和医学，以及丁业生产等领域的速度测量及其他有关测量。激光测速技术发展至今已有40年历史，其发展大体上可分成三个阶段第一个阶段：1964年〜1972年，在激光测速发展的初期，大多数的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便。各种外差检测模式都在实验当中，频移技术虽然一开始就已经出现，但是由于器件效率不高和增加了光学系统的复杂性，难以得到推广。初

4、期的信号处理器大多采用己有的频谱分析仪，用它处理数据费时，精度差，更重耍的是不能得到瞬时脉动速度。国内也有初步研究，在王人衍的带领下，1966年4月中国科学院（长春）光学精密仪器机械研究所研制出遥控脉冲激光多普勒测速仪。当时己有人开始研制频率跟踪器和计数式处理器，但还只是作为雏形停留在实验室屮。因此，在这期间，进行的流动测量，大多是在低湍流条件下进行的，实验结杲以平均分布为主。第二阶段：1973年〜1980年，在此期间，激光测速在光学系统和信号处理器方面都有了很大的发展。首先是集成光学单元的出现，使光路结构犬为紧凑，调准也方便多了，因而有可能发展更加复杂和高效率的光学系

5、统，光束扩展、空间滤波、偏振分离、频率（色）分离、光学频移等近代光学技术和继应用到激光测速仪中，并成为系列化产晶不可缺少的一部分。在信号处理方而，频率跟踪器、计数式处理器以及光子相关器件都陆续成为产品并被投入市场，它们同集成式光学系统一起成为研究复朵流体的有用工具。1975年在丹麦首都哥木哈根举行的“激光多普勒测速仪国际讨论会”标志着这一•技术的成熟。国内也出现了一些自行研制的仪器J】，虽然都处于实验阶段，但为推广应用创造了条件。如果说，计算机的发展给计算流体力学发展创造了物质条件，那么，现代测量技术的发展则开创了实验流体力学的新局面，并为验证数值计算结果的正确性提供了

6、实验依据，而激光测速就其发展速度或是应用范围都名列前茅。随着对湍流动态流动研究的深入，给LDV技术提出了新的问题，这就是所谓多普勒频率的不确定性问题。它主要影响到湍流的测量精度。现在对影响多普勒频率加宽的因素己基本清楚，同时提出了一些修正方法。但是，在大多数场合，它一般不是测量的关键问题。粒子的跟随性是乂一个问题，理论和实验证明，粒子在微米数量级时，跟随性一般可达到99%左右。从实用观点看，这是可以被接受的。曲于计数式处理器能适用于稀少粒了场合，因而越來越多地被采用。稀少粒子采样造成的速度偏置现象，会使统计结果产生误差，这一直是实践中要解决的问题。此外，如果利用频率跟踪

7、器和计数式处理器的得到大量实时信息，也成为一个突出的问题。传统的模拟式仪表己不能适应对湍流微观结构和动态流动特性等课题的深入研究。第三阶段：1980到现在。在此期间，应用研究得到迅速开展。在发表的文章中，有关流动研究的论文急剧增加，关于测量技术和装置方面的文章相对减少。这一时期明显的标志是1982年首次在里斯木召开的“激光技术在流体力学中的应用国际讨论会”该国际会议每两年召开一次。此外，述有每逢单数年召开的“激光测速仪进展与应用国际会议”。发表的论文屮70%都是应用研究成果，遍及剪切流、内流、两相流、分离流、燃烧、棒朿间流动、旋转机械、固