激光多普勒测速讲解

1、第6章激光测量中的应用(3)6.5激光多普勒测速6.6环形激光测量角度和角加速度6.5激光多普勒测速。激光多普勒测速的原理：用一束单色激光照射到 随流体一起运动的微粒上，测出其散射光相对于入射光的频率偏移，即所谓的多普勒频移，进而 确定流体的速度。3运动微耘上接收到的光源入射光的频率如图630所示，静止光源。发出一束频率为匕的单色光， 该单色光入射到与被测流体一起运动（速度为V ）的微粒0 上，微粒0接收到的光的频率是%=匕（1 +牛呵1戶）Cj jLlc/ jLlOxvi%图63Q频率为匕的单色光入射到速 度为的微粒Q5#静止接收赛上接收到的运动微竝散射光的频率如图631所示，因此在S处接收

2、到的散射光的频率应为De1） PV） P叮灿+就）W-議（1+誘）常采用差频法测量多普勒频移。即将入射光与散射光混频，两 束光“混频”产生的拍频信号的 频率就是多普勒频移。图631 S处接收到的微粒Q散射 光的频率叫7差频出测速可分为两类：参考光束型多普勒测速：检测散射光和入射光之间的频移 （多普勒频移）；A双散射光束型多普勒测速：检测两束散射光之间的频差 （多普勒频差）。#参考光束型多普勒测速亲图632所示为参考光束型测速方法的光路的原理图vD- sin 2c/jLi 2若入射光在真空中的波长为九i，则有2uv 0 2u c/ A 02“ sin#vn =一 sin = sin=w =C/j

3、Ll 2 C/jLl 211玖散射光束型多普勒测速*双散射光束型测速方法是通过检测在同一测量点上的两束散射光的多普勒频差来确定被测点处流体的流速的。如图633所示为干涉条纹型。13#儿1=匕+=匕+V c/V c/GYN（耳Y2）匕加2-訥应用前面的推导#血液流速的测量图634是激光多普勒显微镜光路图光纤多普勒测速仪原理图皿宛图635用于血液流速测量的光纤激光多普勒测速仪原理图17管道内水流的测量*双散射型测量光路双孔光阑图636测量管道内水流速度分布的激光多普勒测速系统原理图环形激光精畲测角 Sagnac效应：利用一种环形干涉仪，当环形干涉仪转动时，沿顺时 针方向传播和沿逆时针方向传播产生的

4、光程差，测量该光程差引起的 干涉条纹变化，达到测角的目的。19#匕訂期+占)加=2+_L1ccw 2CC n Ar = 2（历 x F）d$C/CW0F/ / /彳 CCW/ 8图6-37环形干涉仪的Sagnac效应A二者之差为Af = f（方 xF）dS = ifxdl2J气体激光器是以气体或蒸气作为工作物质的激光器。4与其它种类的激光器相比较，气体激光器的突出优点:输出光束的质量 好(单色性、相干性、光束方向和稳定性等)。因此，在工农业生产、国 防和科学研究中，都有广泛的应用。4三种典型气体激光器： He-Ne激光器：具有结构简单、使用方便、光束质量好、工作可靠和 制造容易等优点，至今仍然

5、是应用最广泛的一种气体激光器。主要谱 线是06328卩m红光，黄光(0594pm)、绿光(0.543pm)和橙光 (0.606pinrix 0.612pm)典型毛体激光赛(续)t二氧化碳(CO2)激光器：是以C02气体分子作为工作物质的气体激光器。其激光波长为10.6|lim和9.6pmo 优点：它既能连续工作，又能脉冲工作，输出大，效率高。它的能量转换效率高达(2025)%,连续输出功率可达万瓦量级,脉冲输出能量可达万焦耳，脉冲宽度可压缩到毫微秒。t被广泛用于材料加工.通信、雷达、诱发化学反应、外科手术 等方面，还可用于激光引发热核反应，激光分离同位素以及激 光武器等。典型毛体激光赛(续)离

6、子(Ar+)激光器：以气态离子的不同激发态之间的激发跃迁进行工作的气体激光器。Ar+激光器的激光谱线很丰富，主要分布在蓝绿光区，其中,以04880凹1蓝光和05145凹1绿光两条谱线最强。 Ar+激光器既可以连续工作，又可以脉冲状态运转。连续功率 一般为几瓦到几十瓦，高者可达一百多瓦，是目前在可见光区 连续输出功率最高的气体激光器。它已广泛应用于全息照相，信息处理，光谱分析及医疗和工业 加工等许多领域。染料激光赛染料激光器受到人们重视的原因是: 输出激光波长可调谐，某些染料激光波长可调宽度达上百毫微米;A激光脉冲宽度可以很窄，目前，由染料激光器产生的超短脉 冲宽度可压缩至飞秒（10-15秒）量

7、级；染料激光器的输出功率大，可与固体激光器比拟，但价格便 宜，同样的输出功率，它只是固体激光器的千分之一；染料激光器工作物质具有均匀性好等优良的光学质量。它在光化学.光生物学.光谱学.化学动力学.同位素分离. 全息照相和光通信中，正获得日益广泛的重要应用半导体激光赛半导体激光器：以半导体材料作为激光工作物质的激光器。它具有超小型.高效率.结构简单.价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。它是目前光通信领域内使用的最重要光源，并且在CD. VCD DVD播放机、计算机光盘驱动器、激光打印机、全 息照相.激光准直.测距.及医疗等许多方面都获得了重其它激光器准分子激光器：（ArF, 193nm,用于光刻机）自由电子激光器：工作物质是自由电子束，利用电子加速器。输出的激光波长可在相当宽的范围内连续调谐，原则上可从厘米波一直调谐到真空紫外。可以获得极高的光功