激光多普勒测速技术.ppt

现在流动测试技术及应用,激光多普勒测速技术,一.光学系统,1.参考光技术2.双散射技术3.差动多普勒技术4.光收集系统5.光学系统的先择,首先我们来做一道题：求用氦氖激光器来测粒子速度为10m/s的流体的最大散谢光频移是多少？一般光的波长为几百nm.这里取波长为600nm.,根据上面的公式，我们口头算一下，多普勒频移最大为35MHZ。这个值超出了光谱仪的分辨率，很难直接测出频移量.。所以LDV不采用直接测量的方法，而是采用光学差拍技术。,1参考光技术 参考光技术测量流速时，可以将一束参考光直接照射到光电检测器，同散射光束进行光学外差。,要点：1）让更多的包含速度信息的散射光进入检测器同参考光发生相干作用。这是由产生光散射的测量体尺寸所决定的。2）通常要控制照射光束和参考光束的光强比。3）参考光不一定要穿过测量区。,应用：实验室里液体流动测量以及散射光来自固体表面的情况。由于总散射光只有与参考光束同向的一小部分才对信号的获取有贡献，因此它的可用光阑受到严格的限制；也不适用于示踪粒子较低的情况；达到的信噪比也不理想。不广泛使用。,2.双散射技术 它是利用束入射光在两个不同方向上的散射光进行光学外差，从而获得多普勒频移。,由得得,从而可知：双射光的多普勒频移只取决天两束散射光的方向，与入射光的方向无关。优点：可以利用几个方向接收到的散射光同时测量多个速度分量，便于实现多维测量。不足：增加了光束组合单元，并且组合单元的孔径与频移装置的孔径匹配不容易协调。不多见。,3差动多普勒技术 来自激光器的两束照明光由透镜聚集到一个小的测量体，从运动微粒发出的散射光被聚焦到光电检测器上。由于两部分散射光同时到达检测器，差拍后得到和两个散射角相对应的多普勒频移。,由得多普勒位移,从上面可知差动多普勒技术的多普勒频移只取决于两束入射光的方向，与散射光的方向无关。接收器可以很好的摆放；可采用大的立体收集角以提高散射光功率。稳固性 易调整性,在低浓度时，采用条纹图来解释差动技术的工作情况。两束光相交的区域存在干涉条纹，当粒子通过干涉条纹时，粒子被明暗交替地照亮，光电检测器上就产生了光强的调制。,由光学理论：从而粒子穿越明暗条纹的频率：它与前面得到的表达式具有完全相同的意义。,要求在低粒子浓度情况下：1）入射光在相交时尽可能多的重叠；2）粒子尽可能穿过条纹区的中心；3）相交光束强度尽可能相等；4）粒径对条纹间距来说足够小。,名词：基底：信号强度变化的低频分量附加到 差动多普勒闪烁上。多普勒信号与基底之比表示信号的质量。基底的不确定性会产生测量误差.。我们就要采用电子学方法滤掉它。要求：多普勒信号频率与基底频率的比值要足够大。通常采用渥拉斯通棱镜或者方解石棱镜。,优点多多：收集散射光的检测光阑范围宽；测量低粒子浓度时的信噪比高；不足：信号只能由相交区里的粒子产生。采取方法：把相交区的散射光准确地聚焦到放置在像平面处的光阑上，避免散射光分开；采取大的光阑；选取有利的散射方向。,4.散射光收集方式 前面已经提到在与入射光相同的方向上散射光光强最强。但是散射光收集时经常受到光学元件的布置和实际尺寸的限制，无法利用前向散射光，因而应用中选择不同的角度对散射光进行收集。名词：前向式收集光系统；后向式收集光系统；侧向式收集光系统(如图),5.光学系统的选择 光学系统选择考虑因素：所需的速度分量；空间分辨率；在合适的光学通径条件下所要达到的精度；粒子的尺寸和浓度等。前提：必须为信号处理提供足够高的信噪比。综合分析三种技术的优点和局限性，选择合适的光学系统。一般优先考虑差动多普勒系统，前向式收集光系统。,谢谢观看请点评,