06_第六章_激光其它测量技术.pptVIP

三、扫描镜电流计测径 四、位相调制扫描测量技术 影响激光扫描测量精度的主要因素： 工件边缘的衍射现象 衍射使被测工件的边界模糊，用时间脉冲计数 时，必然引人误差，使前述的光点扫描测量精度 限制在士0.01 mm。 位相调制扫描测量技术采用空间调制光束来扫描工 件，通过测量位相，而不是测时间来获得被测件的 尺寸，测量精度可达士1 um，适合于各种高温、高 压下做非接触高精度现场测量。 * 激光测量技术 Laser Measurement Technology 第六章 激光的其他测量技术 本章主要内容: 第一节 激光多普勒(Doppler)测速技术 一、多普勒测速原理 二、激光多普勒测速仪的组成 二、激光多普勒测速技术的应用 四、多普勒全场测速技术 第二节 激光扫描测径技术 一、转镜扫描测径 二、音又拧描测径 三、扫描镜电流计测径 四、位相调制扫描测量技术 第三节 激光测距技术 一、激光相位测距 二、脉冲激光测距 §6.1激光多普勒(Doppler)测速技术 1842年Doppler发现: 任何形式的波传播，由于波源、接收器、传播 介质或散射体的运动，会使频率发生变化，即所 谓的多普勒频移。 1964年，Yeh和Cummins首次观察到水流中粒子的散 射光有频移，证实了可用激光多普勒频移技术来 确定粒子流动速度。 激光多普勒频移技术应用: 流体力学、空气动力学、燃烧学、生物医学以及 工业生产中的速度测量。 = 一、多普勒测速原理 激光多普勒侧速术(LDV)的工作原理: 基于运动物体散射光线的多普勒效应 1. 多普勒效应 引起多普勒频移的原因: a 波源或者接收器的移动 b 波传输通道中的物体运动产生 Δf = Δf f Vcosθ λ Vcosθ fλ = Vcosθ c 对于a种情况: b 波传输通道中的物体运动产生 这种情况是LDV的基本测速原理 从p点看: 从U处看: 因为: f p fD f p = = = c -V ? K λ c+V ?U λ c λp 如果接收散射光和光源人射光之间的夹角为θ，则 式(6-7)可以写为 或 从6-8式知 ,测出频移即可以计算出移动速度来 由于光频率极高, 一般采用在实际测量中，多采用 光外差多普勒测速技术，即把人射光和散射光同时 送到光接收器上，由光电器件的平方律检波特性， 在它们的输出电流中只包含两束光的差频部分，这 样能接收到由于粒子的运动速度所引起的光频微小 变化。 二、激光多普勒测速仪的组成 激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter LDV) 组成: 激光器、光学系统、信号处理系统 1.激光器 多普勒频移相对光源波动频率来说变化很小，因 此，必须用频带窄及能量集中的激光作光源。为 便于连续工作，通常使用气体激光器. 如He-Ne激光器: 功率较小，适用于流速较低或者 被测粒子较大的情况 氩离子激光器: 功率较大，信号较强，用得最广。 2.光学系统 LDV按光学系统的结构不同，可分为: 双散射型、参考光束型和单光束型三种光路。 参考光束型和单光束型LDV在使用和调整方面条件要求 苛刻，一般不采用。常用双散射型 A 单光束型 特点:测量速度高, 适合超音速测量,调整麻烦, 测量结果与角度有关 B 、参考光束型 C、双散射型 特点：散射光的频差与光电探测器的方向无关。使用 时不受现场条件的限制，可在任意方向测量，且可使用 大口径的接收透镜，粒子散射的光能量极大地得到利 用，信噪比高。进人光电探测器的散射光来自两束具有 同样强度的光线的交点，它对所有尺寸的散射微粒都发 生高效率的拍频作用。避免了信号的“脱落”现象。调整 时只需根据两束光交点处干涉条纹的清晰度进行调整， 使用很方便。 3.信号处理系统 激光多普勒信号非常复杂： ① 由于流速起伏，所以频率在一定范围内起伏变 化，是一个变频信号。 ② 因粒子的尺寸及浓度不同，散射光强发生变化， 则频移的幅值也按一定的规律变化。 ③粒子是离散的，每个粒子通过测量区又是随机的， 故波形有断续且随机变化。 ④光学系统、光电探测器及电子线路存在噪声，加上 外界环境因素的千扰，使信号中伴随许多噪声。 信号处理系统的任务是从这些复杂的信号中提 取那些反映流速的真实信息，传统的测频仪很难满足 要求。 多普勒信号处理 方法主要有: 频谱分析法、 频率跟踪法、 频率计数法、 滤波器组分析法、 光子计数相关法 扫描干涉法等。 1）频率跟踪法 2）频率计数法 原理: 计算n个脉冲的时间,计算