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激光多普勒测速技术进展.pdf

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第４０卷第１１期激光与红外Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１１ ２０１０年１１月ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥＤＮｏｖｅｍｂｅｒ，２０１０ 文章编号：１００１５０７８（２０１０）１１１１５７０６·综述与评论· 激光多普勒测速技术进展 张艳艳，巩轲，何淑芳，霍玉晶 （清华大学电子工程系，北京１０００８４） 摘要：综述了激光多普勒测速技术的最新进展。首先简单介绍了激光多普勒测速技术的基 本原理；然后对差分混频单频激光多普勒测速仪等６种单频激光多普勒测速仪和正交偏振双 频激光多普勒测速仪的结构、工作原理及其优缺点进行了详细讨论；最后对清华大学最新研制 出的可显著扩大测速量程的ＨＨ型双频激光多普勒测速仪进行了较为全面的介绍，并探讨了 未来激光多普勒测速技术的发展方向。 关键词：激光多普勒测速；单频；双频 中图分类号：ＴＮ０６文献标识码：Ａ ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ＺＨＡＮＧＹａｎｙａｎ，ＧＯＮＧＫｅ，ＨＥＳｈｕｆａｎｇ，ＨＵＯＹｕｊｉｎｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌａｔｅｓｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ａｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇ，ｔｈｅｎｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｃｌａｓｓｉｃａｌｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎ ｔｉａｌｍｉｘｉｎｇａｎｄｏｔｈｅｒｓｉｘｋｉｎｄｓｏｆｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒｓａｎｄｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｌｙｐｏｌａｒｉｚｅｄｄｕａｌｆｒｅｑｕｅｎ ｃｙｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒｓ，ａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｂｅｓｉｄｅｓｔｈａｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆ ＨＨｔｙｐｅｄｕａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒｗｈｉｃｈｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｒｅｃｅｎｔｌｙｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅ ｍｅａｓｕｒａｂｌｅｒａｎｇｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｓａｌｓｏｄｉｓ ｃｕｓｓｅｄａｔｔｈｅｅｎｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｄｕａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ １引言 者的位置。激光的频率为ν，运动物体的速度为ｕ， 激光多普勒测速技术是伴随着激光器的诞生而那么由于物体运动所产生的多普勒频移量可表 产生的一种新的测量技术，它是利用激光的多普勒示为： 效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术，广ν ｆ＝ｕ·（ｅ－ｅ）（１） 泛应用于军事、航空、航天、机械、能源、冶金、水利、Ｄｃｓｏ 钢铁、计量、医学、环保等领域［１－２］。由式（１）可知，可以通过测量激光多普勒频移 激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重量的值来获得运动物体的速度信息。１９６４年，Ｙｅｈ 要理论基础，当光源和运动物体发生相对运动时，从和Ｃｕｍｍｉｎｓ首次通过测量激光多普勒频移量来获 得流体的运动速度［３］，这标志着激光多普勒测速技 运动物体散射回来的光会产生多普勒频移，这个频 移量的大小与运动物体的速度、入射光和速度方向 作者简介：张艳艳（１９８６－），女，硕士研究生，从事全固态激光 ［１］ 的夹角都有关系。激光多普勒效应的示意图如器及双频激光多普勒测速技术研究。Ｅｍａｉｌ：ｚｙｙｂｊ１９８６＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ 图１所示，其中，Ｏ为光源，Ｔ为运动物体，Ｓ为观察收稿日期：２０１００８０３；修订日期：２０１００９０５ 书 １１５８激光与红外第４０卷 术的开端。经过４０多年的发展，激光多普勒测速技稳定也会导致测量精度的降低，还存在光路调节难 术经历了产生、发展到广泛应用的过程。凭借其非度大的缺陷，应用受到很大的限制。 接触测量、不干扰目标运动、空