激光多普勒测速仪介绍(LDV).doc

激光多普勒测速仪
1激光多普勒测速仪概念
激光多普勒测速仪(LDV:LaserDopplerVelocimetry)，是应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种仪器，它具有线性特性与非接触测量的优点，并且精度高、动态响应快。由于它大多数用在流动测量方面，国外习惯称它为激光多普勒风速仪（LaserDopplerAnemometer，LDA)，或激光测速仪或激光流速仪（LaserVelocimetry，LV)的。示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。因此它实际上测的是微粒的运动速度，同流体的速度并不完全一样。幸运的是，大多数的自然微粒（空气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动。如果需要人工播种，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性和LDV测量的要求。

图1德国elovis激光多普勒测速仪

2激光多普勒测速仪组成
（1）激光器
（2）入射光学单元
（3）频移系统
（4）接受光学单元
（5）数据处理器

3激光多普勒测速仪基本原理
仪器发射一定频率的超声波，由于多普勒效应的存在，当被测物体移动时（不管是靠近你还是远离你）反射回来波的频率发生变化，回收的频率是(声速±物体移动速度)/波长，由于和波长都可以事先测出来（声速会随温度变化有所变化，不过可以依靠数学修正），只要将回收的频率经过频率-电压转换后，与原始数据进行比较和计算后，就可以推断出被测物体的运动速度。

图2激光多普勒测速仪基本原理图

4激光多普勒测速仪特点和应用
1）激光多普勒测量仪应用多普勒频差效应的原理，结构紧凑、重量轻、容易安装操作、容易对光调校；
2）激光多普勒测量仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等。
3）激光多普勒测量仪既可以对几十米甚至上百米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等的微小运动进行精密测量；既可以对几何量如长度、角度、直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。

激光多普勒测速与传统的测速仪相比具有如下
优点：
1.属于非接触测量:激光会聚点就是测量探头.测量过程对流场无干扰,这对回旋流场尤为适用。也可很方便地在恶劣环境中如火焰、腐蚀性流体内进行测量。
2.空间分辨率极高：目前测点可小于10−4mm3，随着所用激光波长的减小，光路和聚焦元件性能的改进，还可以进一步缩小。已可测出直径10μm中小部位流速。高的空间分辨率经常使用于边界层、薄层流体及狭通道场合的测量。
3.动态响应快：速度信号以光速传播，惯性极小，只要配以适当的信号处理机，可进行实时测量，是研究涡流、测量瞬时脉动速度的新方法。
4.测量精度高：测量所采用的公式是一个精确的物理关系式，基本上与流体的其他特征（如温度、压力、密度及黏度）无关，通过光路计算和保证制造精确后，可不考虑光路系统误差，系统测量精度很高，因而可用他来校正其他类型测速仪器。
5.测量量程大：因为频差与速度成简单线性关系，不论低速或高速都不需校正，他允许有很大的频移，目前已能测0.1mm/s~2000m/s的速度，这是普通测速仪不能比拟的。
6.测量速度方向的灵敏性好：因光束分离器旋转时测点不变，所以可方便地测量任意方向的速度分量，并可用作常量二维流动的测量研究。激光多普勒测速仪本质上是利用检测流体中和流体以同一速度运动的微小颗粒的散射光来测定流体速度的仪器，由此也带来一定的局限性。
1.被测流体要有一定的透明度，管道要有透明窗口。
2.在测纯净的水或空气速度时，必须由人工掺入适当的粒子作散射中心。
3.流速很高时要求提高激光输出功率，由于信号频率很高而使信号处理困难。
4.价格较贵。
5.使用时要有一定的防震要求，并使管道和光学系统无相对运动。

5LDV与PIV比较
随着计算机技术与图像处理技术的快速发展，产生了PIV粒子成像测速技术。PIV技术的最大贡献是突破了LDV（LaserDopplerVelocity）激光多普勒测速仪等空间单点测量技术的局限性，既具备了单点测量技术的精度和分辨率，又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像，可在同一时刻记录下整个流场的有关信息，并且可分别给出平均速度、脉动速度及应变率等，同时它还是一种非接触式的测量方法。