多普勒测量技术.doc

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1、流体多普勒测量技术传统流体速度测量是机械探针方式：利用毕托管测量流体的总压和静压，然后计算流体速度。由于测压探针体积较大而且频响极低，它只能用来测量流体的平均速度。后来发展起来了热线热膜速度测量仪，这是利用机械探针测量流体瞬时速度、湍流脉动速度的代表。但机械探针有一个很大的缺点：属于接触测量，会破坏流场结构，对有些情况下无法测量。利用光学方法测量速度时，有时将由光实现的非接触测量的光反射和接收部分统称为光学探针。它的优点主要是非接触，对流场没有影响，而且可以测量许多机械探针无法测量的地方，如旋转机械内部流场、燃烧流场等。但光学探针需要示踪粒子

2、，介质需要透明，试验件上要预留光学通道等。激光多普勒测速仪所有的英文名称及其所写：LaserDopplerVelocimetery:LDV;LaserDopplerAnemometer:LDA;LaserVelocimeter:LV.LDA技术是1964年由Yeh和Cummins发明的，多普勒测速技术的优点是：原理是绝对的，仪器使用中不需要标定；与环境温度无关，流体的密度、粘性、化学组成对它没有影响；测量区（探针体积）很小，具有极高的空间分辨率，仪器频响高，可以对高度湍动的流动进行测量。1.多普勒效应1.多普勒效应存在一频率为p的波源，波的传

3、播速度为c,对于观察者而言如果波源没有运动，则单位时间内接收到的波数为c/2,2为波长。当波源存在一运动速度卩，与波传播的方向间夹角为0,那么单位时间内接收到的波数为c/2‘，其中久‘为波源处于运动状态时对应的波长。对于静止情况，相当于考察的波阵面移动了Vcos0的距离，即:c-Vcos©进一步化简可得:其中％表示波源发射波传播方向的单位矢量。多普勒原理图对于光波而言，上述的推导方法的正确性值得重新考虑，但根据Einstein相对论，可以得到类似的结论：对于运动的光源,流体多普勒测量技术传统流体速度测量是机械探针方式：利用毕托管测量流体的总压

4、和静压，然后计算流体速度。由于测压探针体积较大而且频响极低，它只能用来测量流体的平均速度。后来发展起来了热线热膜速度测量仪，这是利用机械探针测量流体瞬时速度、湍流脉动速度的代表。但机械探针有一个很大的缺点：属于接触测量，会破坏流场结构，对有些情况下无法测量。利用光学方法测量速度时，有时将由光实现的非接触测量的光反射和接收部分统称为光学探针。它的优点主要是非接触，对流场没有影响，而且可以测量许多机械探针无法测量的地方，如旋转机械内部流场、燃烧流场等。但光学探针需要示踪粒子，介质需要透明，试验件上要预留光学通道等。激光多普勒测速仪所有的英文名称及

5、其所写：LaserDopplerVelocimetery:LDV;LaserDopplerAnemometer:LDA;LaserVelocimeter:LV.LDA技术是1964年由Yeh和Cummins发明的，多普勒测速技术的优点是：原理是绝对的，仪器使用中不需要标定；与环境温度无关，流体的密度、粘性、化学组成对它没有影响；测量区（探针体积）很小，具有极高的空间分辨率，仪器频响高，可以对高度湍动的流动进行测量。1.多普勒效应1.多普勒效应存在一频率为p的波源，波的传播速度为c,对于观察者而言如果波源没有运动，则单位时间内接收到的波数为c/

6、2,2为波长。当波源存在一运动速度卩，与波传播的方向间夹角为0,那么单位时间内接收到的波数为c/2‘，其中久‘为波源处于运动状态时对应的波长。对于静止情况，相当于考察的波阵面移动了Vcos0的距离，即:c-Vcos©进一步化简可得:其中％表示波源发射波传播方向的单位矢量。多普勒原理图对于光波而言，上述的推导方法的正确性值得重新考虑，但根据Einstein相对论，可以得到类似的结论：对于运动的光源,设其照射光的频率为办，其照射到颗粒上的散射光频率将发生变化，其大小由下式决定：其中勺为入射光方向上的单位矢量，C为光速。在工程研究范围内有V«c,上

7、式近似可以写为:广=九（1-各C可见两者最终的结论是一致的。2.LDA系统的多普勒效应对于频率为办的单色光源照射到以速度V运动的颗粒上，那么光源可以认为是静止的，颗粒上观察者接收到的波长频率f为:LDA原理图同时，照射到颗粒上的光将有部分从颗粒表面散射到空间，从颗粒上散射的光波又如一个运动的光源，对于观察者（探测器）所看到的散射光的频率厶将发生变化，如上有:。其中匕为散射光的方向单位矢量。同理有—►「•—►.—►►V•cV•cV•p•人二广(1+―)=九(1——)(1+―9CCC忽略高阶小量■A=九（1+卩"匕_勺））(a)如果用两个完全相干

8、的光源同两个方向入射到运动物体上，且关于直线z对称（参见图2）,可以得到S1F10上式中的为两入射光束在物体上散射光的频移的代数和。值得注意的是：式（8）中的频移是