激光多普勒扭转振动测试技术的研究1

全息摄影与普通摄影的区别
类别
记录方式
全息摄影
物束光与参考光束
记录内容
成像介质
影像观察 方式
色彩表现 影像特点
物体散射光的强度及相位 信息
记录后称全息片 （全灰色调） 一般借助激光还原观看
彩色干涉条纹图像 三度空间立体感的景物， 只有散射光线而并无实物
一般摄影
光学镜头成像 （物束光） 景物本身或 反射光强度 感光胶片
眼睛直接观看
彩色物体图像 平面物体图像
激光全息摄影包括两步：
◇ 记录 ◇ 再现
全息记录过程
把激光束分成两束；一
束激光直接投射在感光 底片上,称为参考光束； 另一束激光投射在物体 上，经物体反射或者透 射，就携带有物体的有 关信息，称为物光束.物 光束经过处理也投射在 感光底片的同一区域上. 在感光底片上，物光束 与参考光束发生相干叠 加，形成干涉条纹，这 就完成了一张全息图。
预先标定粒 径与信号可 见度或幅值 的关系
LDV信号测粒径只能用于一些
简单、粒子浓度很低的流动
Doppler信号中的最大、最小和基底值
1.3 激光多普勒测速仪的外差检测模式
•参考光束系统：参考光直接照 射到光检测器去同散射光束进 行光学外差。
可用光阑受到严格限制，光路安
பைடு நூலகம்
排、接收光阑、粒子浓度与可达
md (m 1) 4
2sin( / 2) d R
2.2 相位多普勒测粒要点
• PD法的测量原理与光散射干涉法密切相关，即以波长作 为测量标尺。
• PDPA中两入射光束的交角较小（约5°），同时测量容积 保持较少的条纹数（5-8条），但PDPA的接收光学至少基 于2个（通常3个,可解决相位模糊问题）光电检测器。

激光相位多普勒技术
激光相位多普勒技术是一种用于测量目标速度的高精度光学测量方法。

它基于多普勒效应和激光干涉原理，常用于测速、运动检测和遥感等领域。

以下是关于激光相位多普勒技术的一些基本原理和应用：
基本原理：
多普勒效应：
多普勒效应是指当光源和观测者相对运动时，光的频率发生变化。

对于激光相位多普勒技术，激光被用来照射目标，目标反射的光发生多普勒频移，该频移与目标速度成正比。

相位测量：
利用激光干涉原理，测量目标反射光的相位差。

相位差与多普勒频移相关，通过测量这个相位差可以确定目标的速度。

激光干涉：
激光被分成两束，一束直接照射到目标，另一束经过光程延迟器后照射到目标。

两束光在目标处发生干涉，产生干涉图样。

目标的运动导致了相位差的变化，通过测量这个相位差可以计算目标的速度。

高精度测量：
激光相位多普勒技术具有高精度和高分辨率的优点，适用于需要非常精确速度测量的应用，如气象雷达、交通监控、激光雷达等领域。

应用领域：
气象雷达：
用于测量大气中的风速。

激光相位多普勒技术可以提供对风场的高分辨率测量，用于气象研究和天气预测。

交通监控：
用于测量车辆的速度，可应用于交通管理、高速公路监控等领域。

激光雷达：
在激光雷达中，激光相位多普勒技术可用于测量目标的速度，常用于军事、安防和导航系统中。

医学影像：
在医学成像中，激光相位多普勒技术可用于测量血流速度，常应用于超声血流仪等设备。

总体而言，激光相位多普勒技术在需要高精度速度测量的各种应用中发挥着重要作用，提供了一种非常灵敏和精准的测量手段。

N表示随机基元复矢量的数目，A表示所有合成场的复矢量和，A和θ分别表示复矢
量和的幅度和相位，na表示第n个基元，而na和nφ为na的幅度和相位。在散斑研中，假设基元na之间互不相关，相位nφ在(−π,π)之间是均匀分布。分别计算复矢量
和A的实部Re{A}和虚部Im{A}的一阶统计,实部和虚部的均值都为0，实部和虚部互
粒子的速度有关。这时积分时间作为另一个自由度，与散射粒子的速度一起表现为“时
间积分散斑（Time-integrated Speckle）”调制深度的函数。时间积分散斑的一阶时间统
计特性，如标准偏差与平均光强的比值，与探测器积分时间和散射颗粒的速度相关，
可用于测量散射粒子的速度
[29]
。
时间微分散斑的统计特性同样包含了散射粒子的速度信息。Ruth证明了散射粒子
率之间产生的拍频和混频（多普勒频移）。图1.4展示了运动散射粒子引起的随机光强
波动的测量方法。
.2激光散斑测量与统计特性
5
固体或流体的散射粒子运动时，会产生多普勒频移。对同向运动的散射体，其所
有的或大部分的散射光具有相同的频移，这时需要加入参考光源来产生频率差。不移
动的参考光源与运动散射粒子频移的频率差与散射粒子的运动速度相关，这就是典型
不相关，方差相同，都为
当基元复矢量的数目N非常大时，实际上也是如此，由中心极限定理可知，N→∞,A
的实部和虚部都趋于高斯分布，因此，A的概率密度函数趋近于瑞利分布
对于光的强度测量，
代入式(1.5)，因此对于A≥0,光强I的概率
密度函数为指数概率分布,如图1.6所示。
通过对（1.6）式直接积分可得到 为平均光强，此
随机复矢量振幅的统计特性，然后计算出散斑图像强度的一阶统计特性。

图像采集和 速度场计算
由一台基于微机的控制器完成
通过改变PI V 系统的延迟时间, 得到不同喷雾时刻的速度矢量图。
实例4：柴油机燃油喷射雾化的PIV 测量试验研究
PIV 通过CCD 和采集卡, 获得粒子图像.
在喷雾液滴的两相流场内, 由于粒 子像太多, 不能用跟踪单个粒子轨 道的方法( PTV) 来获得速度信息.
3.LDV与PIV测量原理
激光多普勒测速原理
微粒接受到的光波频率与光源频率会
有差异，差异大小同微粒运动速度的
单一频率的激光照射 大小和照射光与微粒速度方向之间的
运动微粒
夹角有关。
微粒以一定速度穿过时
接收散射光的多普 频移获得微粒速度
若微粒速度与流体团速度 一致，则可以获得该点的 流场速度。其关系如下：
Satoru Sasak i等运用自相关PIV 技术, 从曝光图像中得到了喷雾 周围的空气流动速度。研究结果显示, 喷射开始后喷油嘴周围的空 气被喷雾前端向外挤压, 随后流速向相反方向进行。 M iyazak i等将PIV 技术成功应用到水平管内螺旋气固两相流粒子 运动, 实验中包括用粒子群获得的高密度图象模型来得到速度, 对单 个粒子的追踪来得到低密度粒子数。
激光多普勒测速（LDV）与粒子 成像测速（PIV）在柴油机流场
特性方面的应用
报告主要内容
1. 意义与背景 2. 国内外研究现状 3. LDV与PIV测量原理 4. 实例应用介绍 5. LDV与PIV测试方法对比 6. 适用范围 7. 影响测试精度因素与测量误差分析 8. LDV与PIV局限性 9. LDV与PIV展望 10.参考文献
激光多普勒测速技术应用于浓缩燃烧器湍流流场的测量：在煤粉 浓缩燃烧器中加入示踪颗粒,利用激光多普勒测速技术对湍流流场 的速度场及湍流参数进行测量研究,通过自动数据采集及处理分析 系统,获得不同钝体结构的煤粉浓缩燃烧器的速度及湍流强度分布。