新版激光多普勒测速实验VIP免费

实验4.2 激光多普勒测速 1842年奥地利人多普勒（J.C.Doppler）指出：当波源和观察者彼此接近时，收到的频率变高；而当波源和观察者彼此远离时，收到的频率变低。这种现象称为多普勒效应，可用于声学、光学、雷达等与波动有关的学科。不过，应该指出，声学多普勒效应与光学多普勒效应是有区别的。在声波中，决定频率变化的不仅是声源与观察者的相对运动，还要看两者哪一个在运动。声速与传播介质有关，而光速不需要传播介质，不论光源与观察者彼此相对运动如何，光相对于光源或观察者的速率相同。因此，光学多普勒效应有更好的实用价值。1960年代初激光技术兴起，由于激光优良的单色性和定向性及高强度，激光多普勒效应可以用来进行精密测量。 1964年两个英国人Yeh和Cummins用激光流速计测量了层流管流分布，开创激光多普勒测速技术。激光多普勒测速仪（laser Doppler velocimeter，LDV），是利用激光多普勒效应来测量流体或固体速度的一种仪器。由于它大多用于流体测量方面，因此也被称为激光多普勒风速仪（laser Doppler anemometer，LDA）。也有称做激光测速仪或激光流速仪（laser velocimeter，LV）的。1970年代便有产品上市，1980年代中期随着微机的出现，电 子 技术的发 展 ，技术日 趋 成 熟 。在剪 切 流、内 流、两相流、分离流、燃烧 、棒 束 间 流等各 复 杂 流动领 域 取 得 了丰 硕 的成 果 。激光测速在涉 及流体测量方面，已成 为产品研 发 不可或缺 的手 段 。 实验目 的 【 1】 了解 激光多普勒测速基 本 原 理 。 【 2】 了解 双 光束 激光多普勒测速仪的工 作 原 理 。 【 3】 掌 握 一维 流场 流速测量技术。 实验原 理 1． 多普勒信 号 的产生 如图 4.2-1所 示 ，由光源S发 出频率为f的单色光，被速度为v的粒 子 （如空 气 中的一粒 细 小 的粉 尘 ）P散 射 ，其 散 射 光由Q点 的探 测器接收。由于多普勒效应，粒 子 P接收到的光频率为 )cos1(1122'θcvcvff+−= （4-9） 其 中c为光速。同样 由于多普勒效应，在Q点 所 接收的粒 子 P的散 射 光频率为 222'''cos)(11θcvcvff−−= （4-10） 那 么 Q点 接收的频率为 )cos(cos21''θθ +=−=Δcvffff （4-11） 如果 粒 子 P以速度v进入 两束 相干 光S和S’的交 点 ，并 在Q点 接收散 射 光，如图 4-7所 示，由于S和S’是方向不同的两束 ...