《激光多普勒测速系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光多普勒测速系统（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、目录第1 章多普勒效应的概要 11.1 多普勒效应简述 11.2.1 声多普勒效应 11.2.2 光多普勒效应 2第2 章激光多普勒测速原理 32.1 激光多普勒测速仪的组成 32.2激光器多普勒测速原理 3第3 章激光多普勒测速基本模式 43.1参考光模式 43.2单光束-双折射模式 53.3双光束-双散射模式 6第4 章激光多普勒信号处理 74.1 频率跟踪法 74.2频率计数法 8第5 章激光多普勒测速技术的应用 95.1血液流速的测量 9参考文献 11第 1 章 多普勒效应的概要1.1 多普勒效应简述多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴约翰多普勒 （Christian Jo
2、hann Dopple）r 而命名的，他于 1842 年首先提出了这一理论。 主要内容为：物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动 的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移 blue shift）； 当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红 移red shift）。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红（蓝）移的 程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常 接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。1.2 声光多普勒效应1.2.
3、1 声多普勒效应在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者 时，他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢？这是因为声 调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之 声调听起来就低这种现象称为多普勒效应，它是用发现者克里斯蒂安多普勒的 名字命名的。为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出 的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了.因此，在一 定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原 因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被拉伸了。 因此，声 音听起来就
4、显得低沉定量分析得到f2 = f（u + v ）/（u - v ），其中v为波源相对于 2oss介质的速度， v 为观察者相对于介质的速度， f 表示波源的固有频率， u 表示波o在静止介质中的传播速度. 当观察者朝波源运动时， v 取正号；当观察者背离波 o源（即顺着波源）运动时， v 取负号. 当波源朝观察者运动时 vs 前面取负号；前$o波源背离观察者运动时 vs 取正号. 从上式易知，当观察者与声源相互靠近时，$f f；当观察者与声源相互远离时。/ f设声源S,观察者L分别以速度v ,21svi 在静止的介质中沿同一直线同向运动,声源发出声波在介质中的传播速度为 v i且v小于v ,
5、v小于v。当声源不动时，声源发射频率为f，波长为X的声波， si观察者接收到的声波的频率为：f二(v - v ) v /(v - v ) X = f (v - v )/(v - v )isis所以(1)当观察者和波源都不动时，vs =0, : =0,由上式得八 f(2)(2)当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接收到的频率为f = vf /(v -v )(3)显然此时频率大于原来的频率由上面的式子可以得到多普勒效应的所有表现。1.2.2 光多普勒效应光(电磁波)的多普勒效应计算公式分为以下三种：(1)纵向多普勒效应(即波源的速度与波源与接收器的连线共线)f = f ( c + 0/( c-
6、v)(4)其中 v 为波源与接收器的相对速度。当波源与观察者接近时， v 取正，称为“紫 移”或“蓝移”；否则v取负，称为“红移”。(2)横向多普勒效应(即波源的速度与波源与接收器的连线垂直)：f =心1-扁(5)其中B = v /c广=/(1 一 B cos 9 )3)普遍多普勒效应(多普勒效应的一般情况)：(6)其中卩=v / c，0为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为0取0或n/2时的特殊情况第 2 章 激光多普勒测速原理2.1 激光多普勒测速仪的组成激光多普勒测速仪由激光器、光学系统、信号处理系统等组成。下图是典型的激光多普勒测速仪示意图。/信号处理器数据处理器激光器PM图 1 激光多普勒测速仪示意图多普勒频移相对光源波动频率来说变化较小，因此，必须用频带窄及能量 集中的激光做光源。为了便于连续工作，通常采用气体激光器，如 He-Ne 激光 器或氩离子激光器。2.2 激光器多普勒测速原理图 2 光源、微粒、光检测器的相对位置设光源0、运动微粒P和静止的光检测器S之间的相对位置如图2所示。照射光的频率为fo,粒子P的运动速度为U。根据相对论变换公式，经多普勒效应后粒子接收到的光波频率为f (1ue)o式中e是入射光单位向量；C是介质中的光速。 o展开式（7）,当ue 光电接收机用于血液流速测量的光纤激光多普勒测速仪原理图
激光多普勒测速系统
