激光多普勒风机流速流量特性测量系统

介绍了一种应用激光多普勒原理和数字相关处理技术的流速／流量测量系统。它可以非接触地测量流体速度和流量的瞬时值、平均值以及其它各种有关的统计参数。系统采用小型集成化光学部件和计算机一体化的信号处理器，具有精度高、功能强、压力损失小、使用操作方便和成本低等优点，应用于风机流速／流量特性的测量，可得到完整的流速分布与压差流量基本特性。     

激光多普勒技术离面位移测量的研究

本文介绍了利用多普勒效应进行离面位移检测的技术,提出测量光路,利用光栅差拍实现多普勒信号的有效分离,具有信号强、信噪比高的特点。实验表明该方法能可靠地用于物体离面位移的测量。     

扩展光束型激光多普勒速度测量系统

为了获得高速弹丸在出膛后的瞬时速度以及在不同位置时的速度分布,提出了一种基于扩展光束的激光多普勒测速系统.该系统对出射的激光束进行两次扩展,使扩展后的相干光束在空间某一位置相交来形成具有一定延展范围的探测体.该方法有效避免了经典双光束多普勒测速系统由于探测体积小而导致的物体偏离探测区域的情况,因此,在实际测量弹丸速度的过程中能够解决传统多普勒系统因弹道偏差而导致的无法测速的问题.该系统也可以采用并联方式来监测弹丸在弹道不同位置上的速度分布.通过实验对激光束进行了不同尺度的径向扩束,并在此基础上获得了不同散射面积下的多普勒信号.分析结果显示:在速度为10～25 m/s时,测量值与实际值的平均误差可以达到1％～2％,表明这种测量方法是有效且可行的.     

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统的智能化及其应用

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统利用两个计数跟踪光电混合反馈环路来分离并测量速度的二维分量。通过智能控制,寻找适当的初始光学频移档次,使得光电信号的有效频率成分分别进入各自对应的信号处理器处理带宽内,同时监视LDA的工作状态,对采集得到的两个环路的光电信号频率及相应的光学频移量,进行一系列的信号处理工作,最终可获得测量点的二维速度分量。二维智能计数跟踪型LDA在非对称突扩管道的流场测量中的应用结果,证实了该套系统的研制是成功的。     

超声多普勒流速测量中存储容量的压缩方法

介绍了多普勒频率单片机测量时的数据处理方法，即线性地址变换法。在存储容量有效压缩的基础上，进一步分析了采样数据，用软件实现可控时标，保证了测量精度。     

用激光散射测量亚微米级表面粗糙度

一种亚微米级表面粗糙度测量技术已经研制出来，其原理是基于物体粗造表面的激光散射。它是用激光二极管作为光源，用这种光电装置来记录从粗糙表面散射回来的光磁场变化。与表面粗糙度相对应的这种散射波段的光强分布是由二极管组成的线阵来记录的，并由一个单芯片微处理器来分析结果。通过测量几套不同加工过程的测试表面，文章提出了评价表面粗糙度的方法。     

二维计数跟踪型激光多普勒测整系统的智能化及其应用

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统利用两个计数跟踪光电混合反蚀环路来分离并测量速率的二维分量。通过智能控制，寻找适当的初始光学频移档次，使得乐电信号的有效频率成分分别进入各自对应的信号处理器处理带宽内，同时监视LDA的工作状态，对采集得到的两个环路的光电信号频率及相应的光学频移量，进行一系列的信号处理工作，最终可获得测量点的二维速度分量。二维智能计数跟踪型LDA在非对称突扩管道的流场测量中的应用结果，证实了该套系统的研制是成功的。     

激光多普勒效应非接触井深测量研究

文中对激光多普勒效应应用于油气井井深测量进行了深入研究,提出了非接触式井深测量的思想.详细阐述了一款新型激光多普勒井深测量装置的设计方案及软、硬件设计过程.测量装置中的重要组成部分光学系统采用了双光束-双散射模式进行设计.两束入射光汇聚于运动测井电缆表面并被散射,光电检测器检测到任意两束散射光的"差拍"信号后,送入以TMS320VC5402为中央处理器的外接信号调理电路,再经FFT处理后传送给上位机进行分析处理并实现实时井深监测.该非接触式井深测量装置可有效克服接触式井深测量过程中存在的摩擦与滑动误差,从而达到提高井深测量精度的目的.     

基于水体浅层泥沙继承特性的非接触式表面流速测量技术

针对水工物理模型表面流速测量方法的技术现状,提出了一种不对流场造成破坏的新型光电非接触式表面流速测量方法。在对光束入射水体后散射光强度公式进行了推导的基础上,根据水体浅层泥沙浓度的统计继承效应,得出了经上下游浅层泥沙调制的散射光强成相关特性的结论。根据上下游散射光的相关特性,推导了流速测量公式,分析了上下游测量间距、水流流速、采样率对测量结果的影响。搭建了实验系统,在6种不同标定流速下,对0~50kg/m3六种含沙量情况下的流速进行了测量。实验结果表明,在六种不同含沙量情况下,实测流速与标定流速的一致性较好,证明理论的可行性。实验还发现,水体适量含沙能提高流速测量精度,流速相对误差能控制在8%以下。     

基于光纤激光器的相干多普勒激光雷达

介绍了一种基于掺铒光纤激光器的相干测速激光雷达,该雷达具有成本低、可靠性高和结构新颖的特点。雷达系统的光路完全采用通信用光纤器件构成,单模光纤耦合器用作分光器和混频器,偏振无关的光纤环形器用作光学天线收发开关,所有光路器件采用单模光纤连接。雷达系统采用频谱分析法进行鉴频获取中频信号的中心频率。研制了原理样机并进行测速试验,系统可以探测的最小速度小于0.4 mm/s,测速精度优于0.1%,输出非线性度小于70×10~(-6)。     

二维点列式激光多普勒法测量物体速度

提出了一种二维点列式激光多普勒测量方法,用于捕捉轨迹有一定波动范围的空间运动物体的速度信息。该方法使衍射光栅产生的多束相干光在空间某探测位置相交,从而形成一个结构可调的二维探测体阵列。当物体轨迹的波动量在二维阵列范围内时,系统即可以获得其速度信息。与扩展光束型的多普勒测速系统相比,该方法具有空间分辨率高及能量集中等优点,因此可以用于远距离探测。另外,对固体表面散射光的多普勒信号进行了分析及模拟。结果表明:测量结果与模拟结果相一致,且经频谱校正后的平均误差可以达到1.63%。该系统结构易于集成,调节方便,适用于轨迹有一定波动量的空间物体的速度测量。     

Water jet velocity uncertainty in laser Doppler velocimetry measurements

The present work deals with the uncertainty evaluation in water jet velocity measurements carried out by means of a laser Doppler dual-incident-beam velocimeter in reference-beam configuration developed at the WJLab (Water Jet Laboratory of Dipartimento di Meccanica of Politecnico di Milano). The applied experimental procedure makes it possible to calculate the measurement uncertainty through the determination of its various components. Once uncertainty is known, the laser Doppler system is suitable for objective and significant velocity evaluations but also for improvements allowed by the knowledge of the most effective uncertainty sources. Such a subject is typically not considered by the specific water jet literature, but is becoming more and more important due to the evolution of water jet machining towards high precision applications.     

Investigations of uncertainties from hot water flowmeters using laser Doppler velocimetry

Electromagnetic flowmeters will be used as working standards for determining volumetric flowrates for hot water. Flowmeters for hot water can be calibrated by the well-known mass-time method only up to 100°C. But the district heat suppliers are greatly interested in flowrate measurements at higher temperatures in order to exactly calculate the delivered heat energy. The described one-point relative method using LDV is a time-saving procedure and allows the determination of the metrological performance of flowmeters as a function of flowrate and temperature above 100°C. The relative uncertainties in the determination of the flowrates are about 0.2%.     

Velocity resolved laser Doppler blood flow measurements in skin

A Doppler flow meter was developed, consisting of a PC and a control card for two Doppler sensors to be fixed on skin. From the measured Doppler signals a power spectrum is calculated by a software FFT. In contrast to usual laser Doppler flow measurements in skin, which provide only a mean flow, a flow spectrum is calculated with the assumption of an isotropic distribution of the directions of the velocity of the erythrocytes and irradiation vectors in the skin. Up to four partial flows (integral over a certain frequency region of the flow spectrum) are displayed on the screen simultaneously with a resolution in time < 10 ms. The frequency span can be set independently for each flow. Corresponding to low and high Doppler frequencies the flows show different behavior and provide the possibility to distinguish between the flow in the superficial dermal plexus and larger micro-capillaries.     

一种基于PC微机的新型激光多普勒信号处理器研究

激光多普勒测速(LDA)已成为科学研究中测量固体表面运动速度和复杂流场流动速度的一种强有力的手段,受到普遍的重视.而多普勒信号处理器则在整套测速系统中起着非常关键的作用.基于PC机的LDA信号处理器采用平均周期图法对LDA光电信号进行分析,并利用补零、加窗、频率放大等信号处理措施大大提高了整套系统的噪声适应能力,同时简化了系统的硬件结构.随着PC机的迅速发展,这种信号处理方法必然有着越来越好的发展前景.     

基于激光多普勒技术的微悬臂梁机械特性的测量

介绍了一种微悬臂梁离面运动测试系统。结合显微激光多普勒技术,分析了用于间接测量微悬臂梁机械特性的方法,采用虚拟仪器技术建立控制系统,编辑器件激励和数据采集、处理软件,实现了对微悬臂梁的动态特性和杨氏模量、弹性系数等机械特性的测量。最后利用该测试系统对矩形、三角形微悬臂梁杨氏模量进行了实验研究,并计算了两种微悬臂梁的弹性系数。经实验证明,用该方法测量悬臂梁机械特性得到的弹性系数和杨氏模量误差小于7．5％。     

Analysis of acoustic Doppler current profiler mean velocity measurements in shallow flows

Acoustic Doppler current profilers (ADCPs) are commonly used instruments for measurement of natural streamflow and flow in manmade channels. Velocities measured in a profile by the instrument are used to estimate the discharge in a channel. A Teledyne RD Instruments StreamPro ADCP was used to measure the mean velocity simultaneously with a laser Doppler anemometer (LDA) in a laboratory flume. An average of 3.9% under-prediction of the mean velocity measured by the ADCP occurred when compared to the measurements of the LDA. Moreover, this study shows that the sampling duration of the measurements significantly impacts the mean point velocities measured by up to 50%.     

基于激光测距的节温器检测

节温器作为发动机冷却系统中的自动调温装置,其工作稳定程度直接影响着发动机的工作性能。目前针对机械式节温器的性能检测方法存在着测量数据不完备、测量精度较低、安全隐患大及操作不便的问题。为解决这些问题,利用激光测距技术以非接触的方式实时测量节温器升程值,同时通过温度传感器获取对应的实时温度,从而获取反映节温器性能的完备数据。该方法是一种准确、安全、便捷的非接触式检测方法,温度测量精度达0.1℃,升程测量精度为1mm。通过构建的检测系统对解放J6节温器进行了实验验证,结果表明该系统能够准确高效地实现节温器性能检测,包括温度稳定性、性能一致性、故障判断标准等,适用于发动机日常维修及教学实践工作。     

Two-point correlation estimation of turbulent shear flows using a novel laser Doppler velocity profile sensor

In this paper we describe, for the first time, a new method of two-point correlation estimations of turbulent flows using a laser Doppler velocity profile sensor. For the spatial correlation estimations the laser Doppler velocity profile sensor offers unique opportunities since a high spatial resolution of approximately 20 micron within the measurement volume is achieved. Furthermore, the low relative velocity measurement uncertainty of about 0.1% yields a high resolution of small velocity fluctuations and, therefore, allows correlation investigations where such high resolution is required. Moreover, a new virtual detection volume technique is presented which is only applicable in conjunction with the laser Doppler velocity profile sensor and offers the potential to achieve highly precise spatial correlation estimations. Measurements have been carried out in the turbulent wake of a circular. Both temporal as well as spatial correlation estimations have been calculated from the acquired velocity data yielding a longitudinal Taylor microscale of 3.53 mm and a transverse Taylor microscale of 1.84 mm.