激光多普勒测速

本 科 毕 业 设 计

1 绪论

1.1 研究意义和目的

第 1 页 共 33 页

光学多普勒效应是光学领域中具有广阔应用前景的学科分支之一。激光多普勒测速仪由于采用激光为光源，具有一些激光的特性，这也是测速仪的优点，使得无论是从精度到时间和空间上的分辨率都提高到一个量级，在科学的各个领域都是少不了的检测方法。据市场调查，该项目在许多领域都有很大的市场。在交通领域，可以利用其测量汽车的速度，在冶金领域，可以利用其测量自动化生产线钢坯及钢管的速度及长度，国内大型钢厂对激光多普勒测速仪的需求很大，据调研，天津大无缝钢管公司、鞍钢现都在使用国外进口的激光多普勒测速仪，若将其国产化，将为国家节约大量外汇，创造良好的经济效益[1]。

1.2 激光多普勒的发展历程

早在1905年爱因斯坦就证明了在光波中也存在多普勒效应，1842年奥地利科学家Doppler, Christian Johann[2]首次发现，任何形式的波传播，由于波源，接收器，传播介质或散射体的运动，会使频率发生变化，即产生Doppler频移。1960年第一台激光器的诞生为观察光波中的多普勒效应提供了单色性好、方向性好、功率强的光源。Cummins和Yeh [2]在19

题目：激光多普勒测速系统及其在血液流速测量中的应

J I A N G S U U N I V E R S I T Y

本 科 课 程 设 计 说 明 书

光学测试课程设计

用设计

学院名称： 机械工程学院 专业班级： 光信息0801 学生姓名： 王丽 指导教师姓名： 姚红兵

2011年6月

摘要

多普勒效应是一种非常重要的物理现象。在实际中有许多重要的应用，激光多普勒法测速是利用光学多普勒效应通过检测流体中跟随流体一起运动的微小颗粒的散射光对流体速度进行测量的测速技术，由于是对光信号进行测量，是一种无接触测量， 所以对待测系统无干扰而且可用于高温、强腐蚀流体、有毒气体等的流速测量。激光束可以很细，故所测空间分辨本领很高。可对边界、薄流体层进行测量。 利用激光多普勒效应测量流体流速已成为近年来测速系统的发展趋势,激光多普勒测速具有高精度、 非接触等优点,但由于激光器的限制此技术尚未广泛普及应用。详细推导了多普勒测速的原理和计算方法, 相信能够为解决实际问题带来帮助,例如血液流速的激光多普勒测试等。

[1]

- 1 -

目录

多普勒效应综合实验

实验目的：

a. 匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 b. 自由落体运动，并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。 实验仪器：

多普勒效应综合实验仪。 实验原理：

根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：

f?f0(u?V1cos?1)/(u?V2co?s2) （1）

若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为：

f?f0(1?V/u) （2）

根据（2）式，作f-V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k?f0/u，由此可计算出声速u?f0/k。

由（2）式可解出：

V?u(f/f0?1) 实验内容及步骤： 1．

实验仪的预调节

实验仪开机后，首先要求输入室温，这是因

全市移动测速地点

德清大队 10月11日至17日 104国道1404KM+250M—1407KM+200M 09省道50KM+900M（沈中坞路段） 104国道1395KM+800M—1397KM+300M 武康镇武源街593号-659号 武康镇千秋街921号 武康镇长虹街（狮山国际花园—兴山路长虹街路口） 09省道32KM+200M-36KM+500M 09省道23KM+250M-24KM+400M 桐德公路19KM+500M-22KM+100M 桐德公路8KM+500M-15KM 武洛线16KM+850M－18KM+450M 钟南线2KM+200M-2KM+400M 安吉大队 10月11日 士锦线3KM+900M-4KM+100M 11省道32KM+960M（晓墅转盘处） 11省道66KM--67KM 马良线2KM+230M至 7KM+800M 12线33KM+100M至36KM+100M 04省道28KM+200M（幽岭路段） 04省道39KM-40KM灵峰大道 11省道46KM+030M—48KM+900M（马家渡） 11省道76KM—80KM+300M 马良线10KM+600M 递铺城区天荒坪南路黄墅路段 11省道32KM+96

/******************** (C) COPYRIGHT 2007 STMicroelectronics ******************** * File Name : stm32f10x_encoder.c * Author : IMS Systems Lab * Date First Issued : 21/11/07

* Description : This file contains the software implementation for the * encoder unit

********************************************************************************

* History:

* 21/11/07 v1.0

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* THE PRESENT SOFTWARE WHICH

全市移动测速地点

德清大队 10月11日至17日 104国道1404KM+250M—1407KM+200M 09省道50KM+900M（沈中坞路段） 104国道1395KM+800M—1397KM+300M 武康镇武源街593号-659号 武康镇千秋街921号 武康镇长虹街（狮山国际花园—兴山路长虹街路口） 09省道32KM+200M-36KM+500M 09省道23KM+250M-24KM+400M 桐德公路19KM+500M-22KM+100M 桐德公路8KM+500M-15KM 武洛线16KM+850M－18KM+450M 钟南线2KM+200M-2KM+400M 安吉大队 10月11日 士锦线3KM+900M-4KM+100M 11省道32KM+960M（晓墅转盘处） 11省道66KM--67KM 马良线2KM+230M至 7KM+800M 12线33KM+100M至36KM+100M 04省道28KM+200M（幽岭路段） 04省道39KM-40KM灵峰大道 11省道46KM+030M—48KM+900M（马家渡） 11省道76KM—80KM+300M 马良线10KM+600M 递铺城区天荒坪南路黄墅路段 11省道32KM+96

多普勒效应综合实验

当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。

实验目的

1. 测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f-V关系直线的斜

率求声速。

2. 利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V-t关系曲线，或调阅有关测

量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： 1) 自由落体运动，并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。

2) 简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论

/******************** (C) COPYRIGHT 2007 STMicroelectronics ******************** * File Name : stm32f10x_encoder.c * Author : IMS Systems Lab * Date First Issued : 21/11/07

* Description : This file contains the software implementation for the * encoder unit

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* History:

* 21/11/07 v1.0

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* THE PRESENT SOFTWARE WHICH

激光打标机来说优点还是有很显而易见的。 当然各种激光打标机的优点也是个不行同。激光

打标机按照采用的激光器不同分为 YAG 激光打标机、CO2 激光打标机、半导体，而激光器的区别

主要激光波长不同，下面我们来看看光纤激光打 标机相对其他激光打标机有哪些优势。光纤激光

打标机的优势其实就是在于光纤激光器的优势。光纤激光器应用于激光标刻的优势 A.光束质量

美好不过的眷恋，在我踏入这个校园的那天，就已跌入万劫不复的深渊。夜，以

好，接近衍射极限。TEM00 基横模输出，M2 接近 1,光束发散角为 0.24mrad;B.脉冲重复频率高，

输出功率稳定，单脉冲能量波动小于 1%,从而可实现高速激光标刻，还可精确控制光斑的大小，

深度，形状;C.高效率，插头效率高达 20%,电光 转换效率可达 70%;D.环境适应能力强，可在高震

动，高湿度的环境下连续正常工作。E.无水冷装置，体积小，效率高，可靠性高，长时间免维修，

美好不过的眷恋，在我踏入这个校园的那天，就已跌入万劫不复的深渊。夜，以

节约使用成本。光源是激光二级光驱动电源。光 纤激光器控制器， uey6kp 用于控制光纤激光器的

工作状态，同时，打标机的控制微机通过它控制激光输出。振镜系统,是光纤激光打标系统的重

高清晰雷达测速系统

解决方案

目录

1. 系统概述 ..............................................................................................................1-1 2. 设计规范及标准 ..................................................................................................2-1 3. 缩写词和术语 ......................................................................................................3-1

3.1. 缩写词 .......................................................................................................3-1 3.2. 术语 ....................................