第06章 流速測(cè)量2(LDV)

1、第第6章章 流速測(cè)量流速測(cè)量測(cè)壓管與測(cè)速技術(shù)測(cè)壓管與測(cè)速技術(shù)熱線熱膜風(fēng)速儀熱線熱膜風(fēng)速儀激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)粒子圖像測(cè)速技術(shù)粒子圖像測(cè)速技術(shù)第第6.3節(jié)節(jié) 激光多普勒測(cè)速激光多普勒測(cè)速nLDV: Laser Doppler Velocity nLDV是激光在熱工測(cè)量中比較成熟的一種應(yīng)用。是激光在熱工測(cè)量中比較成熟的一種應(yīng)用。n非接觸測(cè)量技術(shù)。具有一切非接觸測(cè)量具有的優(yōu)點(diǎn)，尤其非接觸測(cè)量技術(shù)。具有一切非接觸測(cè)量具有的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于小尺寸流道的流速測(cè)量和困難環(huán)境條件下（如低溫、適用于小尺寸流道的流速測(cè)量和困難環(huán)境條件下（如低溫、低速、高溫、高速等）的流速測(cè)量；低速、高溫、高速等）

2、的流速測(cè)量；nLDV已經(jīng)應(yīng)用于火焰、燃燒混合物中流速的測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于火焰、燃燒混合物中流速的測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的流速測(cè)量。械中的流速測(cè)量。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量準(zhǔn)確、僅對(duì)速度敏感而與流體其他動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量準(zhǔn)確、僅對(duì)速度敏感而與流體其他參數(shù)參數(shù)(如溫度、壓力、密度、成分等如溫度、壓力、密度、成分等)無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容n6.3.0 光學(xué)和激光的基礎(chǔ)知識(shí)光學(xué)和激光的基礎(chǔ)知識(shí)n6.3.1 多普勒頻移多普勒頻移n6.3.2 激光多普勒測(cè)速原理差動(dòng)多普勒技術(shù)激光多普勒測(cè)速原理差動(dòng)多普勒技術(shù)n6.3.3 多普勒測(cè)速的光學(xué)系統(tǒng)多普勒測(cè)速的光學(xué)系統(tǒng)n6.3.4 信號(hào)處理系統(tǒng)信號(hào)處理

3、系統(tǒng)n6.3.5 散射粒子散射粒子n6.3.6 實(shí)例實(shí)例6.3.0 光學(xué)和激光的基礎(chǔ)知識(shí)光學(xué)和激光的基礎(chǔ)知識(shí)1960年，美國(guó)休斯實(shí)驗(yàn)室的年，美國(guó)休斯實(shí)驗(yàn)室的H.Maiman成功地制成成功地制成了第一臺(tái)激光器。了第一臺(tái)激光器。Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)n激光的優(yōu)點(diǎn)：激光的優(yōu)點(diǎn)：n高度方向性；單色性；相干性；高亮度；超短高度方向性；單色性；相干性；高亮度；超短脈沖；可調(diào)諧性；脈沖；可調(diào)諧性；1. 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)n光具有波粒二象性光具有波粒二象性n光是電磁波，具有波動(dòng)的性質(zhì)，有一定的頻率和波

4、長(zhǎng)。光是電磁波，具有波動(dòng)的性質(zhì)，有一定的頻率和波長(zhǎng)。n光波是交變電磁場(chǎng)在空間的傳播，既是光波是交變電磁場(chǎng)在空間的傳播，既是電矢量電矢量E的振動(dòng)和的振動(dòng)和傳播，同時(shí)也是傳播，同時(shí)也是磁矢量磁矢量B的振動(dòng)和傳播。的振動(dòng)和傳播。n光是光是光子流光子流，光子是具有一定能量和動(dòng)量的物質(zhì)粒子。，光子是具有一定能量和動(dòng)量的物質(zhì)粒子。光矢量光矢量-光對(duì)人眼的感覺(jué)、膠片的感光及在其它一般光對(duì)人眼的感覺(jué)、膠片的感光及在其它一般現(xiàn)象中起的主要作用是現(xiàn)象中起的主要作用是電矢量電矢量E E。因此，習(xí)慣。因此，習(xí)慣上常把上常把電矢量電矢量E E稱為稱為光矢量光矢量。設(shè)光波沿。設(shè)光波沿z z軸方軸方向傳播，則光矢量的振動(dòng)方

5、向必在與向傳播，則光矢量的振動(dòng)方向必在與z z軸垂直軸垂直的的xyxy平面內(nèi)。平面內(nèi)。平面波平面波-在光波場(chǎng)中，光波相位相同的空間各點(diǎn)所連在光波場(chǎng)中，光波相位相同的空間各點(diǎn)所連成的面稱為波面或同相面。波面是平面的波成的面稱為波面或同相面。波面是平面的波稱為平面波。稱為平面波。單色平面波單色平面波-具有單一頻率的平面波稱為單色平面波。具有單一頻率的平面波稱為單色平面波。n光的頻率光的頻率：光矢量每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)。光矢量每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)。T10cn光的波長(zhǎng)：光的波長(zhǎng)：振動(dòng)狀態(tài)在經(jīng)歷一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)向前傳播的振動(dòng)狀態(tài)在經(jīng)歷一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)向前傳播的距離。各種不同頻率的光在真空中的傳播速度均等于距離。

6、各種不同頻率的光在真空中的傳播速度均等于c c。式中式中 0 0- - 真空中的波長(zhǎng)真空中的波長(zhǎng) c - c - 真空中的光速真空中的光速n光在各種介質(zhì)中傳播時(shí)，保持其原有頻率不變，速度光在各種介質(zhì)中傳播時(shí)，保持其原有頻率不變，速度v v各各不相同。不相同。ncv n各種介質(zhì)的折射率各種介質(zhì)的折射率n n總大于總大于1 1，所以，所以v v總是小于總是小于c c。n不同介質(zhì)的折射率不同，光速不同，所以同頻率的光在不同不同介質(zhì)的折射率不同，光速不同，所以同頻率的光在不同介質(zhì)中的波長(zhǎng)也不同。介質(zhì)中的波長(zhǎng)也不同。n光在折射率為光在折射率為n n的介質(zhì)中的波長(zhǎng)的介質(zhì)中的波長(zhǎng)是真空中波長(zhǎng)是真空中波長(zhǎng) o

7、 o的的1/1/n nn光的量子描述：光的量子描述：1.1.光場(chǎng)是由一個(gè)個(gè)光子組成，光子是光的最小單位。光場(chǎng)是由一個(gè)個(gè)光子組成，光子是光的最小單位。2.2.物質(zhì)發(fā)光是發(fā)射一系列光子，吸收光也就是吸收光子。物質(zhì)發(fā)光是發(fā)射一系列光子，吸收光也就是吸收光子。2. 光的反射和折射光的反射和折射n反射定律反射定律反射角等于入射角。反射角等于入射角。n折射定律：折射定律：2211sinsinnn3. 光的干涉和衍射光的干涉和衍射(1). 光的干涉光的干涉n如果兩個(gè)頻率相等，相位關(guān)系始終保持不變的電如果兩個(gè)頻率相等，相位關(guān)系始終保持不變的電磁波在相遇處振動(dòng)方向幾乎沿著同一直線，則它磁波在相遇處振動(dòng)方向幾乎沿

8、著同一直線，則它們疊加后產(chǎn)生的合振動(dòng)可能在有些地方加強(qiáng)，有們疊加后產(chǎn)生的合振動(dòng)可能在有些地方加強(qiáng)，有些地方減弱，這一強(qiáng)度按空間周期性變化的現(xiàn)象些地方減弱，這一強(qiáng)度按空間周期性變化的現(xiàn)象稱為干涉。稱為干涉。n光的干涉現(xiàn)象是幾束光相互疊加的結(jié)果。光的干涉現(xiàn)象是幾束光相互疊加的結(jié)果。(2). 光的衍射光的衍射n光繞過(guò)障礙物偏離直線傳播而進(jìn)入幾何陰影，并在光繞過(guò)障礙物偏離直線傳播而進(jìn)入幾何陰影，并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)不均勻分布的現(xiàn)象，稱為光的衍射。屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)不均勻分布的現(xiàn)象，稱為光的衍射。n衍射現(xiàn)象的出現(xiàn)與否，主要決定于障礙物線度與波衍射現(xiàn)象的出現(xiàn)與否，主要決定于障礙物線度與波長(zhǎng)大小的對(duì)比。只有在光源

9、離障礙物足夠遠(yuǎn)時(shí)，衍長(zhǎng)大小的對(duì)比。只有在光源離障礙物足夠遠(yuǎn)時(shí)，衍射現(xiàn)象才明顯地表現(xiàn)出來(lái)。射現(xiàn)象才明顯地表現(xiàn)出來(lái)。4. 光的偏振性光的偏振性n偏振偏振：光波的電矢量振動(dòng)方向、對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性稱：光波的電矢量振動(dòng)方向、對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性稱為偏振。為偏振。n線偏振線偏振：電矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)的光為線偏振光。：電矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)的光為線偏振光。n自然光中包含許多彼此獨(dú)立的線偏振光，它們的電矢量可取不自然光中包含許多彼此獨(dú)立的線偏振光，它們的電矢量可取不同的方位。同的方位。n自然光可以看成是兩個(gè)自然光可以看成是兩個(gè)振幅相同、振動(dòng)相互垂振幅相同、振動(dòng)相互垂直的、非相干的線偏振直的、

10、非相干的線偏振光的疊加。光的疊加。5. 激光的工作原理激光的工作原理n工作物質(zhì)工作物質(zhì)(A)n激勵(lì)系統(tǒng)激勵(lì)系統(tǒng)(P)n光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔(M1,M2)6. 激光的特性激光的特性1.激光的方向性激光的方向性將能量集中在很小的立體角中；將能量集中在很小的立體角中；2.激光的單色性激光的單色性譜線寬度越小，單色性越好；譜線寬度越小，單色性越好；3.激光的亮度；激光的亮度；4.激光的相干性。激光的相干性。7. 激光的縱模和橫模激光的縱模和橫模n在平行平面鏡腔內(nèi)，只有當(dāng)光在介質(zhì)中的波長(zhǎng)在平行平面鏡腔內(nèi)，只有當(dāng)光在介質(zhì)中的波長(zhǎng) q q滿足滿足 q q q q = 2L = 2L (q (q為正整數(shù)，為正

11、整數(shù)，L L為腔長(zhǎng)）時(shí)，在腔內(nèi)才能形為腔長(zhǎng)）時(shí)，在腔內(nèi)才能形成穩(wěn)定的駐波。成穩(wěn)定的駐波。n滿足上式的某些特定波長(zhǎng)的光才可能在腔內(nèi)形成激光，這滿足上式的某些特定波長(zhǎng)的光才可能在腔內(nèi)形成激光，這些特定波長(zhǎng)的激光稱為些特定波長(zhǎng)的激光稱為縱?？v模。對(duì)應(yīng)于諧振腔中縱向不同的、。對(duì)應(yīng)于諧振腔中縱向不同的、穩(wěn)定的光場(chǎng)分布是不同的縱模。穩(wěn)定的光場(chǎng)分布是不同的縱模。n光場(chǎng)在橫向（即垂直于光傳播方向的平面上）不同的穩(wěn)定光場(chǎng)在橫向（即垂直于光傳播方向的平面上）不同的穩(wěn)定分布通常稱為不同的分布通常稱為不同的橫模橫模。n激光的模式一般用激光的模式一般用TEMmnqTEMmnq來(lái)表示，其中來(lái)表示，其中q q為縱模序數(shù)，為

12、縱模序數(shù)，m m、n n為橫模序數(shù)為橫模序數(shù). .9. 激光多普勒風(fēng)速計(jì)激光多普勒風(fēng)速計(jì)(Laser Doppler Velocimeter)（一）激光風(fēng)速計(jì)（一）激光風(fēng)速計(jì)（LDV）的組成的組成1.激光器激光器：氦氖激光器（：氦氖激光器（mW）、氬離子激光器（）、氬離子激光器（W）2.入射光學(xué)單元入射光學(xué)單元：將激光束分成多束互相平行的入射光，：將激光束分成多束互相平行的入射光，再通過(guò)聚焦透鏡聚到測(cè)量點(diǎn)。再通過(guò)聚焦透鏡聚到測(cè)量點(diǎn)。3.接收光學(xué)單元接收光學(xué)單元：收集運(yùn)動(dòng)微粒通過(guò)測(cè)量體時(shí)的散射光，：收集運(yùn)動(dòng)微粒通過(guò)測(cè)量體時(shí)的散射光，再轉(zhuǎn)換成多普勒頻移頻率的光電流信號(hào)。再轉(zhuǎn)換成多普勒頻移頻率的光電

13、流信號(hào)。4.多普勒信號(hào)處理器多普勒信號(hào)處理器：對(duì)多普勒信號(hào)進(jìn)行處理，如頻率：對(duì)多普勒信號(hào)進(jìn)行處理，如頻率跟蹤器、計(jì)數(shù)式處理器等，將頻率量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量跟蹤器、計(jì)數(shù)式處理器等，將頻率量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量5.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：得到各種流動(dòng)參數(shù)：得到各種流動(dòng)參數(shù)激光風(fēng)速計(jì)（激光風(fēng)速計(jì)（LDV）的發(fā)展的發(fā)展1、第一代、第一代LDV （19701980）光路系統(tǒng)為光路系統(tǒng)為離散離散的光學(xué)元件，處理器為的光學(xué)元件，處理器為跟蹤型跟蹤型信號(hào)處理器，模擬輸出。信號(hào)處理器，模擬輸出。2、第二代、第二代LDV （19802000）光路系統(tǒng)為光路系統(tǒng)為部分集成化部分集成化、部分離散、部分離散的光學(xué)元件，的光學(xué)元件，

14、處理器為處理器為計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型信號(hào)處理器，數(shù)字輸出，利用信號(hào)處理器，數(shù)字輸出，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。3、第三代、第三代LDV （2000年后）年后）1.集成化集成化。用集成光學(xué)組合件代替離散的光學(xué)元件。用集成光學(xué)組合件代替離散的光學(xué)元件。2.光纖化光纖化。用大功率光學(xué)纖維代替部分光學(xué)傳送部件，使用大功率光學(xué)纖維代替部分光學(xué)傳送部件，使體積縮小，重量減輕，機(jī)動(dòng)性體積縮小，重量減輕，機(jī)動(dòng)性、靈活性提高。、靈活性提高。3.智能化智能化。提高了自動(dòng)化程度提高了自動(dòng)化程度，排除了人為因素的限制，排除了人為因素的限制，確保了測(cè)量的有效性和正確性。確保了測(cè)量的有效性和正確性。4.精確化精確化。利

15、用了現(xiàn)代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)改善了利用了現(xiàn)代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)改善了LDV的的信號(hào)處理能力。信號(hào)處理能力。6.3.1 多普勒頻移多普勒頻移1. 基本多普勒頻移基本多普勒頻移 (奧地利科學(xué)家?jiàn)W地利科學(xué)家多普勒多普勒于于1842年首次進(jìn)行研究年首次進(jìn)行研究) -波源和接波源和接收器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的波運(yùn)動(dòng)（電磁波或其他形式的波）收器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的波運(yùn)動(dòng)（電磁波或其他形式的波）的的頻率變化頻率變化即多普勒頻移。即多普勒頻移。n波源波源S是靜止的，觀察者以速度是靜止的，觀察者以速度V在移動(dòng)，波的速度為在移動(dòng)，波的速度為c，波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為 ，移動(dòng)觀察者感受的移動(dòng)觀察者感受的頻率增加頻率增加為：為：cosVc

16、Vcosn因因c= , 則頻率則頻率的相對(duì)變化為的相對(duì)變化為:2. 移動(dòng)源的多普勒頻移移動(dòng)源的多普勒頻移(P179)222coscoscVcVvvvvvS1A = c(t-t1)S2D = c(t-t2)t2-t1= =1/ S1S2=v 則觀察到的波長(zhǎng)：則觀察到的波長(zhǎng)： =AC=S1A-S2D-S1S2cos =c -v cos 由于由于c= , 相對(duì)多普勒頻移為相對(duì)多普勒頻移為3. 散射物的多普勒頻移散射物的多普勒頻移n從光源從光源S發(fā)出的頻率為發(fā)出的頻率為v的的光，被物體光，被物體P散射，在散射，在Q處處來(lái)觀察散射光相對(duì)多普勒來(lái)觀察散射光相對(duì)多普勒頻移為頻移為2sincos2acVvv2

17、sincos2aVvn多普勒頻移為多普勒頻移為Q6.3.2 激光多普勒測(cè)速原理差動(dòng)多普勒技術(shù)激光多普勒測(cè)速原理差動(dòng)多普勒技術(shù)n多普勒效應(yīng)測(cè)量流速時(shí)，必須使多普勒效應(yīng)測(cè)量流速時(shí)，必須使光源和接受器都固定光源和接受器都固定，在流體中加入在流體中加入隨流體一起運(yùn)動(dòng)的微粒隨流體一起運(yùn)動(dòng)的微粒。n微粒對(duì)于入射光具有散射作用，當(dāng)它接收到頻率為微粒對(duì)于入射光具有散射作用，當(dāng)它接收到頻率為 的入射光的照射后，會(huì)以同樣的頻率將其向四周散射。的入射光的照射后，會(huì)以同樣的頻率將其向四周散射。這樣，隨流體一起運(yùn)動(dòng)著的微粒既這樣，隨流體一起運(yùn)動(dòng)著的微粒既接收接收入射光的照射，入射光的照射，又作為向固定的光接收器又作為向

18、固定的光接收器發(fā)射發(fā)射散射光波。散射光波。n固定的接收器所接收到的微粒散射光頻率，與光源發(fā)固定的接收器所接收到的微粒散射光頻率，與光源發(fā)射出的光頻率不同，二者之間會(huì)產(chǎn)生射出的光頻率不同，二者之間會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移多普勒頻移。差動(dòng)多普勒技術(shù)差動(dòng)多普勒技術(shù)n差動(dòng)多普勒頻移方法差動(dòng)多普勒頻移方法n用兩束不同頻率的源用兩束不同頻率的源S1 ( 1),S2( 2)同時(shí)通過(guò)散射同時(shí)通過(guò)散射物產(chǎn)生兩股散射頻移光，然后再測(cè)出這兩股散射物產(chǎn)生兩股散射頻移光，然后再測(cè)出這兩股散射頻移光強(qiáng)的頻移光強(qiáng)的差值差值。cos2sin2vDn頻差頻差 6.3.3 多普勒測(cè)速的光學(xué)系統(tǒng)多普勒測(cè)速的光學(xué)系統(tǒng)1. 光路系統(tǒng)光路系統(tǒng)激

19、光多普勒測(cè)速的光路系統(tǒng)有三種激光多普勒測(cè)速的光路系統(tǒng)有三種n參考光束系統(tǒng)參考光束系統(tǒng)n單光束系統(tǒng)單光束系統(tǒng)n雙光束系統(tǒng)雙光束系統(tǒng)(1) 參考光束系統(tǒng)參考光束系統(tǒng)(P182)n來(lái)自同一光源來(lái)自同一光源的激光被分光的激光被分光鏡分為兩束，鏡分為兩束，一束為參考光一束為參考光Kr，一束為信，一束為信號(hào)光號(hào)光Ks，兩束，兩束光強(qiáng)度不同。光強(qiáng)度不同。)2sin(2nDvKr：光檢測(cè)器：光檢測(cè)器Ks：測(cè)點(diǎn)微粒，散射光：測(cè)點(diǎn)微粒，散射光光檢測(cè)器光檢測(cè)器(2) 單光束系統(tǒng)單光束系統(tǒng)n方法：方法：P182n要求兩個(gè)接收孔的直徑要選擇適當(dāng)，過(guò)大過(guò)小都要求兩個(gè)接收孔的直徑要選擇適當(dāng)，過(guò)大過(guò)小都會(huì)使信號(hào)質(zhì)量變壞，降低

20、測(cè)量精度。對(duì)光能利用會(huì)使信號(hào)質(zhì)量變壞，降低測(cè)量精度。對(duì)光能利用率低，目前已較少使用。率低，目前已較少使用。)2sin(2nDv 雙光束系統(tǒng)雙光束系統(tǒng)n方法：方法：P183n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n多普勒頻移與多普勒頻移與接收方向無(wú)關(guān)接收方向無(wú)關(guān);n任意選擇光檢任意選擇光檢測(cè)器的位置測(cè)器的位置;n信噪比高信噪比高;n容易調(diào)準(zhǔn)容易調(diào)準(zhǔn))2sin(2nDv2.干涉條紋干涉條紋n根據(jù)干涉原理，來(lái)自同一根據(jù)干涉原理，來(lái)自同一光源的兩束相干光，當(dāng)它光源的兩束相干光，當(dāng)它們以角們以角 相交時(shí)，在交叉部相交時(shí)，在交叉部位會(huì)產(chǎn)生明暗相間的干涉位會(huì)產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋如圖條紋如圖6-22。只要兩。只要兩條相干光的波長(zhǎng)保持

21、不變，條相干光的波長(zhǎng)保持不變，且交角且交角 已知，那么，干涉已知，那么，干涉條紋的間距條紋的間距DF是定值，是定值，)2sin(2FDn雙光束系統(tǒng)中，雙光束系統(tǒng)中，差拍信號(hào)差拍信號(hào) D的測(cè)量利用了光的干涉的測(cè)量利用了光的干涉現(xiàn)象?，F(xiàn)象。n當(dāng)微粒以當(dāng)微粒以vn的速度通過(guò)干涉條紋區(qū)時(shí)，在明的速度通過(guò)干涉條紋區(qū)時(shí)，在明紋處散射光強(qiáng)度增大，在暗紋處散射光強(qiáng)紋處散射光強(qiáng)度增大，在暗紋處散射光強(qiáng)度減弱。這樣，散射光強(qiáng)度的變化頻率為度減弱。這樣，散射光強(qiáng)度的變化頻率為vn /DF，它恰好就是光檢測(cè)器所接收到的差拍，它恰好就是光檢測(cè)器所接收到的差拍信號(hào)信號(hào) D n因此，在雙光束系統(tǒng)中，可以通過(guò)測(cè)出散因此，在雙

22、光束系統(tǒng)中，可以通過(guò)測(cè)出散射光強(qiáng)度的變化頻率來(lái)確定流速分量射光強(qiáng)度的變化頻率來(lái)確定流速分量vn 。干涉條紋干涉條紋n 3. 方向模糊性及解決辦法方向模糊性及解決辦法n基本多普勒頻移方程式基本多普勒頻移方程式(6-40) 速度信號(hào)速度信號(hào)與多普勒頻移成正比關(guān)系；與多普勒頻移成正比關(guān)系；n多普勒頻移是兩個(gè)頻率之差，故不可能知多普勒頻移是兩個(gè)頻率之差，故不可能知道哪一個(gè)頻率高，因此速度符號(hào)變化對(duì)產(chǎn)道哪一個(gè)頻率高，因此速度符號(hào)變化對(duì)產(chǎn)生的頻率無(wú)差別。所以激光多普勒測(cè)速中生的頻率無(wú)差別。所以激光多普勒測(cè)速中的一個(gè)基本問(wèn)題是速度的一個(gè)基本問(wèn)題是速度方向方向的鑒別。的鑒別。 解決辦法：光束的頻移解決辦法：光

23、束的頻移n使入射到散射體的兩束光之間的一束光的頻率增加，這樣散射使入射到散射體的兩束光之間的一束光的頻率增加，這樣散射體中的干涉條紋就不再是靜止不動(dòng)，而是一組體中的干涉條紋就不再是靜止不動(dòng)，而是一組運(yùn)動(dòng)的條紋系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的條紋系統(tǒng)，如圖如圖6-24。這樣，在檢測(cè)器檢測(cè)到的一個(gè)靜止的粒子產(chǎn)生的信。這樣，在檢測(cè)器檢測(cè)到的一個(gè)靜止的粒子產(chǎn)生的信號(hào)頻率等于光束增加的頻率號(hào)頻率等于光束增加的頻率。n如果粒子運(yùn)動(dòng)的方向與干涉條紋運(yùn)動(dòng)的方向相反，則得到大于如果粒子運(yùn)動(dòng)的方向與干涉條紋運(yùn)動(dòng)的方向相反，則得到大于光束增加頻率光束增加頻率的的多普勒頻率多普勒頻率，粒子運(yùn)動(dòng)的速度方向?yàn)檎?；，粒子運(yùn)動(dòng)的速度方向?yàn)檎?；n如

24、果粒子運(yùn)動(dòng)的方向與干涉條紋運(yùn)動(dòng)的方向相同，則得到小于如果粒子運(yùn)動(dòng)的方向與干涉條紋運(yùn)動(dòng)的方向相同，則得到小于光束增加頻率光束增加頻率的的多普勒頻率多普勒頻率，粒子運(yùn)動(dòng)的速度方向?yàn)樨?fù)。，粒子運(yùn)動(dòng)的速度方向?yàn)樨?fù)。n激光多普勒測(cè)速儀，光束增加頻率激光多普勒測(cè)速儀，光束增加頻率多采用多采用40MHz。4、主要光學(xué)部件、主要光學(xué)部件n光源光源n分光器分光器n發(fā)射透鏡發(fā)射透鏡n接收透鏡接收透鏡n光檢測(cè)器光檢測(cè)器激光光源激光光源分光器分光器發(fā)射透鏡發(fā)射透鏡n發(fā)射透鏡的作用：發(fā)射透鏡的作用：n聚焦兩束入射光，以便更好地相交聚焦兩束入射光，以便更好地相交n提高交點(diǎn)處光束功率密度提高交點(diǎn)處光束功率密度n減小焦點(diǎn)處測(cè)

25、點(diǎn)體積減小焦點(diǎn)處測(cè)點(diǎn)體積n提高測(cè)點(diǎn)的空間分辨率提高測(cè)點(diǎn)的空間分辨率接收透鏡接收透鏡n接收透鏡的主要作用：接收透鏡的主要作用：n收集包含多普勒頻移的散射光，通過(guò)成像，只讓這部分收集包含多普勒頻移的散射光，通過(guò)成像，只讓這部分散射光到達(dá)光檢測(cè)器，而限制其他雜散光。散射光到達(dá)光檢測(cè)器，而限制其他雜散光。n前向散射前向散射方式工作的光路系統(tǒng)，需要加裝單獨(dú)的接收透方式工作的光路系統(tǒng)，需要加裝單獨(dú)的接收透鏡；鏡；n后向散射后向散射方式工作的系統(tǒng)，發(fā)射透鏡可兼作接收透鏡，方式工作的系統(tǒng)，發(fā)射透鏡可兼作接收透鏡，使整個(gè)光路結(jié)構(gòu)緊湊。使整個(gè)光路結(jié)構(gòu)緊湊。n接收透鏡之前還可加裝光欄。調(diào)節(jié)光欄孔徑，以控制測(cè)接收透鏡之前還可加裝光欄。調(diào)節(jié)光欄孔徑，以控制測(cè)點(diǎn)的有效體積，提高系統(tǒng)的空間分分辨率。