《激光多普勒測(cè)速和激光測(cè)距》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、激光多普勒測(cè)速和激光測(cè)距1目錄激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)激光多普勒測(cè)速技術(shù)應(yīng)用激光測(cè)距技術(shù)脈沖激光測(cè)距相位激光測(cè)距22021/9/153激光多普勒測(cè)速技術(shù)概述1842年奧地利科學(xué)家Doppler等人首次發(fā)現(xiàn)，任何形式的波傳播，波源、接收器、傳播介質(zhì)或散射體的運(yùn)動(dòng)會(huì)使頻率發(fā)生變化——多普勒效應(yīng)。2021/9/154激光多普勒測(cè)速技術(shù)1964年，Yeh和Cummins觀察到水流中粒子的散射光有頻移，首次證實(shí)了可用激光多普勒頻移技術(shù)來確定粒子流動(dòng)速度。目前，激光多普勒頻移技術(shù)已廣泛地應(yīng)用到流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、燃燒學(xué)、生物醫(yī)學(xué)

2、以及工業(yè)生產(chǎn)中的速度測(cè)量。2021/9/155激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)當(dāng)波源與觀測(cè)者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所接收到的頻率不等于波源振動(dòng)頻率，此現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。2021/9/156激光多普勒測(cè)速技術(shù)多普勒在其聲學(xué)理論中指出，在聲源、介質(zhì)、觀測(cè)者存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接收到的聲波頻率與聲源頻率不同的現(xiàn)象就是聲學(xué)多普勒效應(yīng)。愛因斯坦在《論物體的電動(dòng)力學(xué)》中指出，當(dāng)光源與觀測(cè)者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接收到的光波頻率與光源頻率不同，即存在光（電磁波）多普勒效應(yīng)。聲學(xué)多普勒效應(yīng)與波源及觀測(cè)者相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)，光

3、學(xué)多普勒效應(yīng)只與光源和觀測(cè)者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)，因此，聲學(xué)（機(jī)械波）和光學(xué)（電磁波）的多普勒效應(yīng)有本質(zhì)區(qū)別。2021/9/157激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)1）聲多普勒效應(yīng)原理聲波是依賴于介質(zhì)傳播的，離開介質(zhì)就談不上波的存在。設(shè)聲源的頻率為f，聲波在媒質(zhì)中的速度為v，波長(zhǎng)λ=v/f①聲源不動(dòng)，觀測(cè)者相對(duì)于媒質(zhì)以速度v1運(yùn)動(dòng)設(shè)聲源相對(duì)于介質(zhì)靜止，觀測(cè)者迎向聲源運(yùn)動(dòng)，則聲波相對(duì)于觀測(cè)者的速度不再是v，而是v+v1，則觀測(cè)者接收到聲波的頻率為同理，觀測(cè)者背離聲源有2021/9/158激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速

4、技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)1）聲多普勒效應(yīng)原理②聲源相對(duì)于媒質(zhì)以速度v2運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)者靜止于媒質(zhì)中設(shè)聲源S相對(duì)于媒質(zhì)以速度v2迎著觀測(cè)者D運(yùn)動(dòng)。波源在運(yùn)動(dòng)過程中按照自己的頻率振動(dòng)，一個(gè)周期內(nèi)完成一次全振動(dòng)，在媒質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)完整波形；同時(shí)在T內(nèi)，波源前進(jìn)了v2T距離，波長(zhǎng)變?yōu)镾1S2v2Dv2Tλ'λ聲源向靜止觀察者運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)示意圖則，頻率為同理，聲源背離觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)有2021/9/159激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)1）聲多普勒效應(yīng)原理②聲源和觀測(cè)者相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)，速度分別為v2和v1綜合上述情況，可以得到：觀測(cè)

5、者向著聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，取正號(hào)；反之取負(fù)號(hào)聲源向著觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)時(shí)，取負(fù)號(hào)；反之取正號(hào)總之當(dāng)聲源和觀測(cè)者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收頻率升高；當(dāng)聲源和觀測(cè)者背離運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收頻率降低；強(qiáng)調(diào)：聲學(xué)只有縱向多普勒效應(yīng)，沒有橫向多普勒效應(yīng)2021/9/1510激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)2）光多普勒效應(yīng)原理對(duì)于任何慣性系，光在真空中的傳播速度都相同，所以，光源和觀測(cè)者誰相對(duì)于誰運(yùn)動(dòng)是等價(jià)的，只取決于相對(duì)速度的大小。如圖示。yDOK系K‘系O'xx'y's1s2r1r2θθv光多普勒效應(yīng)示意圖K'系中靜止的光源從K'系的t1'時(shí)刻開始發(fā)出一

6、列光波，這個(gè)波列的發(fā)射截止時(shí)間為t2'，于是在K'系中此波列發(fā)射的時(shí)間為（t2'－t1'），在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)射的波數(shù)為N，光源的頻率為2021/9/1511激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)2）光多普勒效應(yīng)原理在觀測(cè)者所在坐標(biāo)系K中來看，此波列發(fā)射始于t1時(shí)刻（光源在S1處），接收這個(gè)波列的時(shí)刻是yDOK系K‘系O'xx'y's1s2r1r2θθv光多普勒效應(yīng)示意圖在觀測(cè)者所在坐標(biāo)系K中來看，此波列發(fā)射截止于t2時(shí)刻（光源在S2處）。t2時(shí)刻光源發(fā)出的光波傳到觀測(cè)者的時(shí)刻為2021/9/1512激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光

7、多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)2）光多普勒效應(yīng)原理觀測(cè)者D收到這N個(gè)波共需時(shí)2021/9/1513激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)2）光多普勒效應(yīng)原理觀測(cè)者接收光波的頻率為根據(jù)時(shí)間相對(duì)性這就是光學(xué)多普勒效應(yīng)公式2021/9/1514激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)1.多普勒效應(yīng)2）光多普勒效應(yīng)原理若相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生在觀測(cè)者和光源連線上，則cosθ＝±1（遠(yuǎn)離時(shí)取1，接近時(shí)?。?）：縱向多普勒效應(yīng)若相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生在觀測(cè)者和光源連線的垂直方向上，則cosθ＝0橫向多普勒效應(yīng)同樣的v值下，橫向多普勒效應(yīng)比縱向多普勒

8、效應(yīng)要小很多。2021/9/1515激光多普勒測(cè)速技術(shù)激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)2.激光多普勒測(cè)速原理1）多普勒測(cè)速原理如圖。由于v/c非常小，只取級(jí)數(shù)展開的前兩項(xiàng)，即考慮流體中的速度為c/n，將v換成縱向分量2021/9/