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激光Doppler流体速度测量

P2班No.5

一实验目的：

1．应用光学元件组装光路；

2．测量流体的速度。

二实验原理：

水流中的细小微粒通过激光测量仪时，由于微粒的移动，根据多普勒效应，散射的光线的频率会有偏移。由

检测到的散射光的频率的改变量推导出微粒或流动的速度。

下图1的(a)和(b)为实验的原理框图和实物配置图。由激光器发出的光经全反镜M1反射至半反镜BS后分成

两束，一个是反射光，直接入射透镜L1，另一束是透射光，经M2反射到L1，两束光由L1的聚焦作用汇聚在流

体管的处；透过的散射光通过可变光圈B后由透镜L2将光束汇聚在光探测器接受狭缝处，最终光信号转变

为电信号输入计算机。

Doppler效应要分两种情况讨论（见下图）（以下均设f为接收装置接收到的频率，f为光源的频率）：

Rs

a)一个静止的光源和一个移动的。设速度为，空气中光速为c，为入射方向的单位矢量，则：

b)一个移动的光源和一个静止的。设光源的移动速度为，为散射点指向的单位矢量，则：

LDA中用的是静止的光源和移动的用来散射光的微小粒子以及一个静止的。由于使用了分束器，所以分束

成为两束平行光，经过透镜后它们不再是平行的，因而他们具有不同的，但由于在交汇处被相同的粒子散

射，因而它们又有相同的。所以可得下面（4）（5）两式（其中）。由于，故两式中分母约为1，

所以可得到（6）式形式的拍频。



λ

因为c=fs•λ（为激光的波长），所以Doppler频率可以表达为（U⊥为管中液体流动的方向）：

再根据测量的半角ϕ，有下式：



最终用于计算U⊥的为：