激光测速讲解

激光多普勒测速技术王素红多普勒效应多普勒效应是由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率不同的现象。

由澳大利亚物理学家J. Doppler1842年发现的。

声波的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。

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。

光波的多普勒效应当单频的激光源与探测器处于相对运动状态时，探测器所接收到的光频率是变化的。

当光源固定时，光波从运动的物体散射或反射并由固定的探测器接收时，也可观察到这一现象，这就是光学多普勒效应。

它又被称为多普勒-斐索效应，是因为法国物理学家斐索（1819—1896）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法。

光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化。

如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。

20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。

1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度υ与距地球的距离r成正比，即υ = Hr, H 为哈勃常数。

根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小。

由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物. 因而1948年伽莫夫（G. Gamow）和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。

激光测速工作原理是什么
激光测速是一种利用激光技术进行测量车辆速度的方法。

其工作原理主要基于多普勒效应和光的传播原理。

当激光束照射到移动的车辆上时，由于车辆的运动，激光经过车辆后的回波频率会产生变化。

这种频率变化被称为多普勒频移。

根据多普勒效应原理，当物体向探测器靠近时，回波频率会增加；当物体远离探测器时，回波频率会减小。

因此，通过测量回波频率的变化，可以推算出车辆的速度。

激光测速仪通常由一个激光器和一个接收器组成。

激光器会向车辆发射一束窄束的激光束，该激光束会在车辆表面反射并返回给接收器。

接收器会分析接收到的激光信号并测量多普勒频移，从而计算出车辆的速度。

在实际应用中，激光测速仪能够提供精确的车速测量结果，并广泛应用于交通监管、道路安全管理和交通流量测量等领域。

值得注意的是，激光测速仪对于测量距离和速度的准确性会受到一些影响因素的影响，如天气、目标物体的材料和速度等。

因此，在使用激光测速仪进行测量时，需要对这些因素进行适当的校正和考虑。

激光多普勒测速实验教程
一、实验概述
激光多普勒测速实验是一种常用的测速方法，通过测量目标物体表面反射回来的激光光束频率变化，从而得出目标物体的速度。

本实验将介绍激光多普勒测速的原理、实验装置搭建、实验步骤及注意事项。

二、实验原理
激光多普勒效应是指当激光束照射到运动的物体表面时，反射回来的光束频率会因为物体运动而发生变化。

根据多普勒效应公式，可以得出：
$$f_r = f_0 \\cdot \\left(1 + \\frac{v}{c} \\cdot \\cos\\theta\\right)$$
其中，f r为接收到的激光频率，f0为激光发射频率，v为物体运动速度，c为光速，$\\theta$为激光与物体运动方向的夹角。

三、实验装置
该实验所需装置包括： - 激光发射器 - 激光接收器 - 反射镜 - 运动平台 - 计算机
四、实验步骤
1.将激光发射器和激光接收器固定在实验台上，使其间距一定。

2.在运动平台上放置反射镜，调整反射镜位置，使激光光束正好反射回
激光接收器。

3.启动激光发射器，发射激光光束照射到运动平台上的反射镜。

4.记录激光接收器接收到的频率数据，并测量反射镜在运动平台上的速
度。

5.利用多普勒效应公式计算出反射镜的运动速度，与实际测得的速度进
行对比。

五、注意事项
1.实验中需注意激光光束安全，避免直接照射眼睛。

2.反射镜位置调整需准确，确保激光正好反射回激光接收器。

3.实验过程中要小心操作，避免损坏实验装置。

通过本实验，可以深入了解激光多普勒测速的原理与应用，提高实验操作能力和理论水平。

激光测速的原理及应用随着信息社会的发展和改革开放的不断深入，人民生话水平不断提高，使汽车的普及率也越来越高，交通事故也时有发生，因而迫切需要对运行汽车进行检测，尤其是能对汽车车速有一个有效检测手段，这也是现代智能交通系统中的重要组成部分，是目前交通管理方面研究的热点问题。

检测汽车车速，大多用微波雷达测速，它除了检测范围大等优点外，其检测速度的准确值较差，因而研发了激光测速系统。

(1激光测速的方法激光测速的主要方法有下列二类：①脉冲法测速。

激光脉冲法测速是在测距的基础上实现测速。

而激光测距是利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点进行测距，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程。

在进行几有米的近程测距时，如果精度要求不高，即使不使用合作目标，仅利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的反射信号，也可以进行测距与测速。

激光脉冲法测速的原理是，当系统工作时，脉冲激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来被接收单元接收，通过激光脉冲法测距原理计算距离而得到目标物距离，进而由连续测量的距离得到某段时间内的平均速度，因为这个测量时间极短，因此这个平均速度可认为是瞬时速度，即实现脉冲激光的测速。

②相位法测速。

激光相位法测速，也可由相位测距法多次测量距离来实现。

连续激光测距一般最大可测距离达百余千米，采用合作目标时可测几百至几十万千米，且精度很高。

在民用领域，如地形测量、产品误差检测等系统中，得到了普遍应用。

一般，连续光波型激光测距仪的距离分辨率是很高的。

通常，相位分辨率要达到一个周期的千分之一是很容易的。

要同时保持高测量精度和大的测量范围，还必须利用数个不同的调制频率对同一距离进行测量，但这样就会增加系统的电路复杂程度。

由激光相位法连续测量的距离，得到某段时间内的平均速度，就实现了激光相位法测速。

(2激光测速的特点这种激光测速具有以下几个特点：①由于激光光束强、方向性好，其测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测1km外；②测速精度高，误差小于1km/h；③激光光束必须要瞄准垂直于激光光束的平面反射点。

激光测速的原理激光测速是一种常见的测量目标速度的技术。

它通过发射激光束，测量激光束的反射时间来计算目标的速度。

激光测速器通常使用激光二极管或半导体激光器作为光源，通过使用光电探测器来检测激光束的反射。

激光测速器的原理可以分为两个步骤：激光发射和激光接收。

在激光发射过程中，激光测速器通过向目标物体发射激光束。

激光束的发射是由激光二极管或半导体激光器产生的。

这些激光器产生的激光束是单一波长的，能够聚焦成一束精确的光束。

激光束的波长越短，测量的精确度越高。

在激光接收过程中，激光测速器通过使用光电探测器检测激光束的反射。

光电探测器位于射出激光束的同一位置，接收目标物体反射的激光束。

光电探测器可以将光信号转换为电信号，这使得电子设备可以对接收的激光信号进行处理和分析。

激光测速器使用了激光的时间测量原理。

当激光束射到目标物体上时，激光束会反射回到激光测速器的光电探测器上。

激光的速度是已知的，通常为光速的速度。

所以当激光束射回到激光测速器上时，可以测量到从激光发射到接收的时间差，也就是激光的往返时间。

通过测量激光的往返时间，可以计算目标的速度。

计算公式为：速度=距离/时间。

在激光测速器中，距离是已知的，即激光束射到目标和射回到激光测速器之间的距离。

而时间是通过测量激光往返时间得到的。

通过将已知的距离除以测得的时间差，可以得到目标的速度。

在实际应用中，激光测速器通常用于交通执法和测速仪器。

在交通执法中，激光测速器可以用来测量车辆的速度，以确保车辆在规定的速度范围内行驶。

激光测速器还可以用于测量飞机、火车和船只的速度。

激光测速具有许多优点。

首先，激光测速器可以非常精确地测量目标的速度。

其次，它可以在不接触目标的情况下进行测量，因此减少了对目标的干扰。

此外，激光测速器体积小巧，操作简便，适用于各种环境和场合。

然而，激光测速器也存在一些限制。

首先，它对目标的表面材质和颜色敏感。

仅当目标的表面对激光具有一定的反射能力时，激光才能被正确地反射回测速器。

激光测速原理激光测速是一种利用激光技术进行速度测量的方法，它通过测量被测物体上的反射光信号来获取物体的速度信息。

激光测速原理主要依赖于激光的特性和运用多普勒效应进行速度测量的原理。

首先，激光测速利用的是激光的单色性和定向性。

激光是一种高度一致的单色光，它的波长非常短，能够形成一个非常尖锐的束。

这种特性使得激光能够非常精确地照射到被测物体上，并且能够准确地测量被测物体反射回来的光信号。

其次，激光测速利用了多普勒效应进行速度测量。

当激光照射到运动物体上时，如果该物体在激光束的作用下发生了运动，那么反射回来的光信号的频率就会发生变化。

这种频率变化就是多普勒效应所表现出来的现象，通过测量这种频率变化，就可以计算出物体的速度信息。

激光测速原理的关键在于精确地测量被测物体反射回来的光信号的频率变化。

为了实现这一点，激光测速系统通常会采用光电探测器来接收反射回来的光信号，并将其转化为电信号。

然后，利用电子技术对这些电信号进行处理，可以得到频率变化的信息，进而计算出被测物体的速度。

除了利用多普勒效应进行速度测量外，激光测速还可以通过测量光信号的时间延迟来获取物体的距离信息。

这种方法通常被称为激光测距。

通过测量激光束发射和接收之间的时间差，结合光速的已知数值，可以计算出被测物体与激光测速系统之间的距离。

总的来说，激光测速原理是一种利用激光技术进行速度测量的方法，它利用了激光的单色性和定向性，以及多普勒效应和时间延迟来获取被测物体的速度和距离信息。

这种技术在工业、交通、科研等领域都有着广泛的应用，可以为我们提供精确、可靠的测量数据，为工程技术和科学研究提供重要的支持。

第四章、其他典型的激光测量应用本章主要介绍以下内容：1. 激光Doppler 测速；2. 激光准直测量；3. 激光衍射法测量微珠、微丝直径；4. 激光散射法颗粒度测量。

§4.1 激光Doppler 测速及其应用速度是一个重要的物理量，其测量精度对科学研究、人们生活至关重要。

所以人们一直探索高精度的速度测量方法。

传统的测速方法通常是在被测液体或气体中加入一个测速传感器，将其感受到的与速度有关的信息送到二次仪表中进行处理，从而得到被测速度。

该测量方法属于接触式测量，传感器的放入必然会干扰流速场，从而影响测量精度。

而激光Doppler 测速是一种非接触性测量，可以克服传统测速方法的缺点，不仅可以提高测量精度，而且由于激光束非常细，还可以测量流速场分布，这是传统测速方法无法比拟的。

一、 激光Doppler 测速的原理1. Doppler 效应Doppler 效应是十九世纪德国物理学家Doppler 首先观察到的，一个向着声源运动的观察者所接收到的声波场的声波频率)/1(00'v v f f +=高于声波的实际频率0f ；而背向声源运动的观察者接收到的声波频率)/1(00"v v f f -=低于声波的实际频率0f ，其中0v 为声波的传播速度，v 为观察者或声波源的运动速度。

光波也是一种波，也同样存在Doppler 效应。

流速场中的粒子所感受到的光波场频率也同样产生了Doppler 频移，其所感受到的光波场的频率为)/1(0'c nv f f z ±=，粒子朝向光源运动，z v 前取“+”号，粒子背向光源运动z v 前取“-”号，而流速场中粒子所散射的光波场的频率就等于粒子所感受到的光波频率（瑞利散射），散射粒子相当于一个次波源。

所以只要测量出散射光的Doppler 频移量，也就得到了流速场的速度大小。

2. Doppler 信号的获得最常用的前向散射激光Doppler 测速仪原理光路如上图。