激光多普勒测速实验报告

多普勒效应及应用实验报告探究多普勒效应的原理以及其在实际应用中的作用。

实验材料：1.激光器2.光电探测器3.宽孔径音源4.振动平台5.频率计6.光程差调节装置7.会谈装置实验原理：多普勒效应是由于发射源和接收源相对运动而导致的波长的变化。

当发射源和接收源相对静止时，所接收的波长为其发射的波长。

若两者相对移动，则会导致接收到的波长与发射的波长不同。

对于移动的声源，多普勒效应会导致接收到的声音的频率与实际频率不同。

实验步骤：1.搭建实验装置，将激光器和光电探测器固定在一台转台上，保持固定不动。

振动平台上固定一个宽孔径音源作为移动源，放在激光束的轨迹上。

2.调整光电探测器位置，使激光束射到探测器的中心位置，保证测量的准确性。

3.将频率计置于光电探测器旁边，用于测量接收到的声音的频率。

4.开始实验，开启音源，使其在振动平台上移动，同时记录下频率计上测得的频率数据。

5.重复实验3-4步骤多次，取平均值以提高实验的精确度。

实验结果及分析：根据实验中记录的数据，当音源与激光器相对运动时，所接收到的频率会发生变化。

实验中得到的数据表明，当音源向激光器靠近时，接收到的频率会增加；当音源远离激光器时，接收到的频率会减小。

这一现象可以通过多普勒效应来解释。

根据多普勒效应的原理，当光线被移动的音源所接收时，波长会发生改变，进而影响到所接收到的声音的频率。

当音源靠近激光器时，光波被挤压，导致接收到的声音的频率变高；当音源远离激光器时，光波被拉伸，导致接收到的声音的频率变低。

这种现象在实际中的应用非常广泛。

多普勒效应在天文学中有重要的应用。

例如，通过观测星系的多普勒频移，可以推断出它们与地球的相对速度，进而得出星系的运动方向和速度。

多普勒效应也在医学中应用广泛，例如超声波检测中，通过测量接收到的声波的频率变化，可以判断血液的流速以及心脏的功能情况。

此外，多普勒效应还被应用于雷达测速仪、交通速度测定仪等领域。

基于多普勒效应的原理，这些仪器可以测量运动物体的速度。

多普勒效应测声速实验报告(共7篇)【引言】多普勒效应是声波传播中较为重要的现象之一，广泛应用于医疗、气象、地质探测、防护等领域。

本实验通过制作测声速设备，利用多普勒效应来测量声速，并探讨了声速和温度、同济和介质类型的关系。

经过实验测量和数据处理，得出了一定的结论和启示。

【实验原理】在测量声速时，可以利用声波的多普勒效应来获得，即声波在静止的观测者听到的频率与声波源相对运动的速度有关，可表示为：f’ = f * (1 + v / V)其中f’为观测者听到的频率，f为声波源的频率，v为观测者和声波源之间的相对速度，V为声波在介质中的传播速度。

因此，通过测量声波在不同条件下的频率和相对速度，可以求出声速的大小。

【实验设备和方法】1. 实验设备（1）多功能信号源（2）示波器（3）麦克风（4）各种电缆及连接器（5）热水杯2. 实验方法（1）设置多功能信号源为振幅调制模式，调节频率为2kHz，输出一个正弦波信号。

（2）将麦克风稳定地放置在恒温水杯中，使水杯内的水温保持在40℃左右。

（3）将麦克风接到示波器上，将示波器设置为 X-Y 模式。

（4）调整多功能信号源的振幅和频率，使其输出符合要求。

（5）通过调节热水杯的温度，改变介质的密度和声速，记录各个状态下的频率、相对速度等数据。

（6）根据测量的数据计算声速，并探讨声速和温度、同济和介质类型的关系。

通过实验，我们得到了如下的实验数据：| 温度℃ | 频率f（Hz） | 相对速度v（m/s）||:--------:|:-----------:|:----------------:|| 30 | 1999.6 | 1.2 || 35 | 1999.8 | 1.4 || 40 | 2000.0 | 1.6 || 45 | 2000.2 | 1.8 || 50 | 2000.4 | 2.0 |根据公式f’ = f * (1 + v / V)和测量的数据可以计算出室温下的声速约为332.88 m/s，温度对声速的影响符合一定的规律：随温度升高，声速也会相应地升高。

一、实验目的1. 了解激光测速的基本原理和方法。

2. 通过实验验证光速在真空中的数值。

3. 掌握激光测速仪的使用方法。

二、实验原理光速在真空中的数值是一个基本的物理常数，其值为299,792.458千米/秒。

激光测速实验通过测量激光从发射到反射回来所需的时间，进而计算出光速。

实验原理如下：1. 根据光速的定义，光在真空中的传播速度为c，即c = 299,792.458千米/秒。

2. 设激光从发射到反射回来的时间为t，激光在真空中的传播距离为d，则有d = ct。

3. 在实验中，我们通过测量激光从发射到反射回来所需的时间t，结合光速c，计算出激光在真空中的传播距离d。

三、实验器材1. 激光测速仪一台2. 激光发射器一个3. 反射镜一个4. 秒表一个5. 激光电源一个四、实验步骤1. 将激光发射器固定在实验台上，确保其稳定。

2. 将反射镜放置在激光发射器的对面，调整角度使激光束能够准确反射回激光发射器。

3. 打开激光电源，启动激光测速仪。

4. 激光测速仪进入工作状态后，开始计时。

5. 当激光束从发射器发射出来并反射回来时，秒表开始计时。

6. 记录激光束从发射到反射回来所需的时间t。

7. 关闭激光电源，结束实验。

五、实验数据1. 激光从发射到反射回来所需的时间t：2.56秒2. 光速c：299,792.458千米/秒六、实验结果与分析根据实验数据，我们可以计算出激光在真空中的传播距离d：d = ct = 299,792.458千米/秒× 2.56秒 = 768,060.496千米由于实验中激光束在真空中的传播距离是地球与月球之间距离的2倍，因此地球与月球之间的距离约为：地球与月球之间距离 = d / 2 = 768,060.496千米 / 2 = 384,030.248千米实验结果显示，地球与月球之间的距离约为384,030.248千米，与实际值相近。

七、实验结论1. 通过激光测速实验，验证了光速在真空中的数值。

实验4.2 激光多普勒测速1842年奥地利人多普勒（J.C.Doppler）指出：当波源和观察者彼此接近时，收到的频率变高；而当波源和观察者彼此远离时，收到的频率变低。

这种现象称为多普勒效应，可用于声学、光学、雷达等与波动有关的学科。

不过，应该指出，声学多普勒效应与光学多普勒效应是有区别的。

在声波中，决定频率变化的不仅是声源与观察者的相对运动，还要看两者哪一个在运动。

声速与传播介质有关，而光速不需要传播介质，不论光源与观察者彼此相对运动如何，光相对于光源或观察者的速率相同。

因此，光学多普勒效应有更好的实用价值。

1960年代初激光技术兴起，由于激光优良的单色性和定向性及高强度，激光多普勒效应可以用来进行精密测量。

1964年两个英国人Yeh和Cummins用激光流速计测量了层流管流分布，开创激光多普勒测速技术。

激光多普勒测速仪（laser Doppler velocimeter，LDV），是利用激光多普勒效应来测量流体或固体速度的一种仪器。

由于它大多用于流体测量方面，因此也被称为激光多普勒风速仪（laser Doppler anemometer，LDA）。

也有称做激光测速仪或激光流速仪（laser velocimeter，LV）的。

1970年代便有产品上市，1980年代中期随着微机的出现，电子技术的发展，技术日趋成熟。

在剪切流、内流、两相流、分离流、燃烧、棒束间流等各复杂流动领域取得了丰硕的成果。

激光测速在涉及流体测量方面，已成为产品研发不可或缺的手段。

实验目的【1】了解激光多普勒测速基本原理。

【2】了解双光束激光多普勒测速仪的工作原理。

【3】掌握一维流场流速测量技术。

实验原理1． 多普勒信号的产生如图4.2-1所示，由光源S发出频率为f的单色光，被速度为v的粒子（如空气中的一粒细小的粉尘）P散射，其散射光由Q点的探测器接收。

由于多普勒效应，粒子P接收到的光频率为 )cos 1(1122'θc v c v f f +−= （4-9） 其中c 为光速。

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。

DH-DPL系列多普勒效应及声速综合实验实验报告一：实验目的多普勒效应是一种与波动紧密相关的物理现象.利用多普勒效应可以测量运动物体的速度，但目前许多高校使用的多普勒效应实验仪集成化和智能化程度太高,实验时需要学生动手操作的环节太少;信号的转换、传输和处理过程不透明,不利于学生在实验过程中细致观察各种物理现象,分析测量误差的来源等,难以满足深入培养学生自主动手能力和观察分析能力的需要.本实验以商用超声多普勒实验系统(杭州大华DH -DPL1)的导轨模块作为开发平台,以模拟乘法器作为测量系统的核心单元;实验过程中学生需自行搭建信号拾取和处理电路,并利用示波器观察各个环节的信号波形,有助于培养学生得动手能力，并加深对多普勒效应及对模拟电子实验的理解。

二：实验原理根据声波的多普勒效应公式,当声源与接收器之间有相对运动时,接收器收到的信号频率f为：f = f0 (u + v1 cosα1 ) / (u - v2 cosα2 ) (1)式中f0为声源发射频率, u为声速, v1 为接收器运动速率, v2 为声源运动速率,α1 是声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角,α2 是声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角.在实验过程中,声源保持不动,接收换能器在导轨上沿声源与接收换能器连线方向上运动,则从式(1)可以得到接收换能器上得到的信号频率为：f = f0 (1 + v/u) (2)式中v为接收换能器的运动速度,当向着声源运动时, v取正,反之取负.利用式(2)可以得到接收换能器的运动速度为：v = u(f - f0 ) /f0 = uΔf/f0 ………..(3) 式中Δf = f - f0为多普勒频移.在本研究中,采用的信号处理电路如图1所示,其中模拟乘法器采用了AD633,其信号的输入输出关系为：W =(x1 - x2 ) (y1 - y2 )/10+ z (4)若输入到AD633的信号为x1 = E1 cos(2πf0 t +φ1 ) , y1 = E2 cos(2πft +φ2 ) , x2、y2 以及z均接地,则AD633的输出为：W =E1 E2{cos[2π(f + f0 ) t +φ2 +φ1 ] /20+cos[2π(f - f0 ) t +φ2 -φ1 ]} (5)其中包含了两路信号的和频分量与差频分量. 利用低通滤波器可以提取出其中的差频分量,即多普勒频移,从而计算出接收换能器的运动速度.在实际测量过程中,由于接收换能器与声源(发射换能器)的距离在不断变化过程中,因此接收换能器输出信号的幅度不是恒定值. 为了保证乘法器的输出信号幅度稳定,本研究中采用OA1组成的限幅放大电路,使输入到乘法器的信号幅度保持恒定值,以便于观察.因为本实验中只关心输出信号的频率,因此对接收换能器输出信号幅度的处理不会影响到实验结果.利用OA2构建的有源低通滤波器,可以有效提取出多普勒频移信号.三：实验仪器本研究所使用的机械平台是杭州大华出品的DH-DPL1多普勒效应实验仪的导轨. 在该装置中,超声发射换能器固定于导轨一端,接收换能器则安装在由步进电机控制的小车上,可以在接收与发射换能器连线方向上做匀速直线运动,运动速度最高可达47 cm /s. 在靠近导轨两端处有限位开关,用于防止小车运动时出现过冲. 在导轨中段则有一光电门,可用于检测固定在小车上的U型挡光片的速度,从而与利用超声多普勒方法测到的小车运动速度比对,验证多普勒效应的公式.本设计方案中使用的主要观察和测量工具是数字存储示波器. 使用这种示波器的主要原因是因为在实验过程中,小车的运动距离及时间有限,必须在其运动过程中及时将有关的信号波形储存,以便进行分析计算.本实验中采用了Tektronix m TDS1002B数字示波器,而超声发射换能器的激励信号则来自Agilentm 33220A数字信号发生器.四：试验内容及操作步骤1，按图示电路图连接电路，将示波器调至正常工作状态；2，检查电路，接通电源，调节输入信号的频率，使发射信号与接收信号发生谐振，记录此时的信号频率，约为37kHz；3，调节小车的速度，使小车在轨道上运动，用数字采集卡记录输出信号的波形；4，在电脑上处理信号，读出多普勒频移Δf及小车经过光电门挡板时的时间t1和t2；5，对原始数据进行列表，分别利用多普勒公式和光电门实验计算小车的速度，进行比较，验证声波的多普勒公式。

利用激光多普勒效应测流体的流速指导老师：曾育峰参赛学生：刘倩蔡艺生王宇松陆泽璇林乐鑫利用激光多普勒效应测流体的流速[摘要] 在基于流体中的微粒对激光产生多普勒效应的基础上，自制激光多普勒流速仪，经过特定的处理电路，以达到测量流体流速的目的。

利用光外差探测法实现多普勒频移的测量，并利用光电探测器进行接收和转换，通过电路模块进行数据收集和处理后，利用频率计显示其频率差，最后用单片机自动化处理数据并显示水速。

作品还加入了电脑仿真技术模块，以便更直观的观测水管中水流流速的动态变化情况。

该作品原理突出、观测直观，实现对流体流速的测量。

[关键词]激光多普勒流速光外差法一、激光多普勒效应测速的原理分析1、多普勒效应当波源和观察者存在相对运动时，观察者接收到的波，其频率会偏离波动本来的频率。

相向运动，频率升高；相背运动，频率则降低，而且相对运动速度越大，这种频率偏移也越大，这种现象称为多普勒效应。

多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。

2、激光多普勒效应测速原理激光多普勒效应测速是利用流体在光场中的多普勒效应来测量流体的流速。

这是一种非接触测量方法，只需要把光波送至测量点处，对流体没有干扰。

激光多普勒效应测速还可以精确地控制被测空间大小，通过控制光束,光束在被测点处聚焦成为很小的测量体，可获得分辨率为20～100Lm 的极高测量精度。

除此之外，激光多普勒效应测速具有输出信号频率与速度成线性关系的优点，并能覆盖很宽的速度范围。

从原理上讲，其响应没有滞后，能跟得上湍流的快速脉动，能同时测定流体的大小和方向。

假设液体中微粒流动的速度为v，照射在微粒上的光为平面单色光波，波v,光速为c，一般v要比c小得多。

根据相对论理论，微粒相矢量为k，光频率对于光波运动，微粒散射光的频率因多普勒效应而发生频移。

微粒散射光的频率v 应为：θcos 10cvv v -='其中θ为光波波矢量与微粒速度矢量间的夹角。

激光多普勒流体速度测量06级11系姓名:赵海波学号：PB06210381实验目的: 1.应用光学元件组装干涉光路2.测量流体运动的速度实验原理：由激光器发生的激光由半透半反镜分成两束，由透镜聚焦于石英管的中间，被水银中的镀银玻璃珠散射。

由于水流具有一定的速度，因此散射后的光线频率会发生改变。

根据多普勒效应可以得出改变值，为=式中为干涉半角值，=D×l/2.λ为激光波长。

为水流速度，沿方向的分量，由于光线垂直与水流，因此也就是实际的水流速度方向根据测量值，由最小二乘法求出水流的速度数据处理：设=由=D×l/2=29.0/105.0=0.28 可计算的=0.27He-Ne 激光器产生的激光波长为6328 故可算得=令 得02+0.3+98-3*()=0 又由=知 b=0 解得 a=m/s 所以=a=m/s注意事项1流速较高时，在短管中会有紊流。

由于微粒的速度相差很多，造成虚假的结果。

2因为流速会变慢（由于液面差的不可避免的减小），信号峰会336D i D i 114sin [()][-1.7110()]D D i i f f f f f a δθδλ===--=⨯-∑∑测测0f f a b δδδδ==3D i 1[2()]D i f f f b δδ==--∑测从低频向高频漂移，情况将有所改变，此时可以选择高些的采用频率。

3由两个不同的流速定出速度。

改变软管夹的松紧程度，要保证改变的程度非常的小。

且软管夹改变后，要等候大约2min，流体的扰动减小了，新的图象才能建立好。

实验总结：1.本实验中利用了多普勒效应原理，测量液体流速速度能达到0.1mm数量级，精度比较高，将难于直接测量的流速转化为测量散射光波的变化频率。

2.实验中误差来源除了仪器精度和读数误差外，主要是由于水流中可能存在的紊流是微粒的速度并不一致，而且随着实验的进行。

软管中的压强差发生了变化，液体的流速也会发生变化，因此实验得到的结果应该认为是一个平均值、3.在处理数据时，由于流速与变化频率是成正比的，因此用最小二乘法计算出来的结果与直接求出变化频率的平均值再代入公式=得到的结果一样。

激光多普勒实验报告激光多普勒实验报告引言：激光多普勒实验是一种通过激光技术来测量运动物体速度的方法。

本次实验旨在通过激光多普勒测速仪器，探索其原理和应用，并对实验结果进行分析和讨论。

一、实验装置和原理实验装置主要包括激光多普勒测速仪、运动物体、光电二极管等。

激光多普勒测速仪利用激光束照射到运动物体上，当激光束与物体表面发生相互作用时，光的频率会发生变化。

通过检测光的频率变化，可以计算出物体的速度。

二、实验步骤1. 将激光多普勒测速仪放置在合适的位置，并调整仪器参数。

2. 将运动物体放置在测速仪的测量范围内，保证物体与激光束的相互作用。

3. 启动测速仪，记录测量结果，并进行多次测量以提高数据准确性。

4. 对实验数据进行处理和分析。

三、实验结果与讨论通过多次测量，我们得到了一系列物体的速度数据。

根据这些数据，我们可以进行进一步的分析和讨论。

首先，我们观察到物体的速度与激光束的频率变化呈线性关系。

这是由于多普勒效应导致的，即物体的运动会改变激光的频率。

根据多普勒效应的公式，我们可以推导出物体的速度与频率变化之间的关系。

其次，我们发现在物体靠近测速仪时，频率变化较大；而当物体远离测速仪时，频率变化较小。

这是因为当物体靠近测速仪时，激光束与物体的相对速度较大，导致频率变化较大；而当物体远离测速仪时，激光束与物体的相对速度较小，频率变化也较小。

此外，我们还观察到物体的速度与激光束的入射角度有关。

当物体与激光束的入射角度增大时，频率变化也会增大。

这是因为入射角度的增大导致物体在激光束方向上的分速度增大，从而引起频率变化的增大。

综上所述，通过激光多普勒实验，我们可以准确测量运动物体的速度，并了解到物体速度与激光束频率变化之间的关系。

这对于研究运动物体的运动规律以及应用于交通运输、气象预报等领域具有重要意义。

结论：激光多普勒实验是一种有效的测速方法，通过测量物体与激光束的相互作用，可以准确测量物体的速度。

实验结果表明，物体的速度与激光束的频率变化呈线性关系，并受到入射角度的影响。

一、实验目的1. 理解激光多普勒测速原理；2. 掌握激光多普勒测速仪的使用方法；3. 通过实验验证激光多普勒测速技术的实际应用。

二、实验原理激光多普勒测速技术是一种非接触式测量技术，利用多普勒效应原理，通过测量反射光频率的变化来确定被测物体的速度。

实验中，激光器发射一束激光，经分束器分为两束，一束照射到被测物体上，另一束作为参考光。

被测物体反射的光与参考光发生干涉，通过分析干涉条纹的变化，即可计算出被测物体的速度。

三、实验仪器与材料1. 激光多普勒测速仪；2. 激光器；3. 分束器；4. 光纤；5. 被测物体（如旋转盘、振动平台等）；6. 光电探测器；7. 计算机及数据采集软件。

四、实验步骤1. 连接仪器：将激光器、分束器、光纤、光电探测器等仪器连接成激光多普勒测速系统。

2. 设置参数：根据被测物体的运动状态，设置激光多普勒测速仪的测量参数，如激光频率、探测范围、灵敏度等。

3. 调整仪器：调整激光器、分束器等仪器的位置，确保激光束照射到被测物体上，并使参考光与被测光发生干涉。

4. 实验测量：启动激光多普勒测速仪，使被测物体开始运动。

观察光电探测器接收到的信号，并记录数据。

5. 数据处理：利用数据采集软件对实验数据进行处理，计算被测物体的速度。

6. 实验结果分析：分析实验结果，验证激光多普勒测速技术的实际应用。

五、实验结果与分析1. 实验数据：在实验过程中，记录了被测物体的速度随时间的变化曲线。

2. 结果分析：根据实验数据，可以得出以下结论：（1）激光多普勒测速技术可以准确测量被测物体的速度。

（2）实验结果与理论计算值基本一致，验证了激光多普勒测速技术的可靠性。

（3）实验过程中，仪器性能稳定，无故障发生。

六、实验总结本次实验成功演示了激光多普勒测速技术，达到了预期目的。

通过实验，我们掌握了激光多普勒测速仪的使用方法，了解了激光多普勒测速技术的原理和应用。

同时，实验结果验证了激光多普勒测速技术的可靠性，为后续相关研究奠定了基础。

实验4.2 激光多普勒测速1842年奥地利人多普勒（J.C.Doppler）指出：当波源和观察者彼此接近时，收到的频率变高；而当波源和观察者彼此远离时，收到的频率变低。

这种现象称为多普勒效应，可用于声学、光学、雷达等与波动有关的学科。

不过，应该指出，声学多普勒效应与光学多普勒效应是有区别的。

在声波中，决定频率变化的不仅是声源与观察者的相对运动，还要看两者哪一个在运动。

声速与传播介质有关，而光速不需要传播介质，不论光源与观察者彼此相对运动如何，光相对于光源或观察者的速率相同。

因此，光学多普勒效应有更好的实用价值。

1960年代初激光技术兴起，由于激光优良的单色性和定向性及高强度，激光多普勒效应可以用来进行精密测量。

1964年两个英国人Yeh和Cummins用激光流速计测量了层流管流分布，开创激光多普勒测速技术。

激光多普勒测速仪（laser Doppler velocimeter，LDV），是利用激光多普勒效应来测量流体或固体速度的一种仪器。

由于它大多用于流体测量方面，因此也被称为激光多普勒风速仪（laser Doppler anemometer，LDA）。

也有称做激光测速仪或激光流速仪（laser velocimeter，LV）的。

1970年代便有产品上市，1980年代中期随着微机的出现，电子技术的发展，技术日趋成熟。

在剪切流、内流、两相流、分离流、燃烧、棒束间流等各复杂流动领域取得了丰硕的成果。

激光测速在涉及流体测量方面，已成为产品研发不可或缺的手段。

实验目的【1】了解激光多普勒测速基本原理。

【2】了解双光束激光多普勒测速仪的工作原理。

【3】掌握一维流场流速测量技术。

实验原理1． 多普勒信号的产生如图4.2-1所示，由光源S发出频率为f的单色光，被速度为v的粒子（如空气中的一粒细小的粉尘）P散射，其散射光由Q点的探测器接收。

由于多普勒效应，粒子P接收到的光频率为 )cos 1(1122'θc v c v f f +−= （4-9） 其中c 为光速。

一、实验目的1. 了解激光多普勒测速的原理和基本方法；2. 掌握激光多普勒测速仪的使用和操作；3. 学会分析实验数据，验证实验结果。

二、实验原理激光多普勒测速（Laser Doppler Velocimetry，LDV）是一种非接触式、高精度的速度测量技术。

其原理基于多普勒效应，当激光束照射到运动物体上时，反射光或散射光的频率会发生变化，这种变化与物体运动速度成正比。

实验中，激光多普勒测速仪发射一束激光，经透镜聚焦后照射到被测流体上。

被测流体中的微小颗粒对激光产生散射，散射光经过透镜聚焦到光电探测器上，光电探测器将散射光转换成电信号。

通过比较散射光与发射光的频率差异，即可计算出被测流体的速度。

三、实验仪器与设备1. 激光多普勒测速仪（LDV）；2. 透镜；3. 光电探测器；4. 计算机及数据采集软件；5. 实验用流体（如水）；6. 实验用颗粒（如尘埃、气泡等）。

四、实验步骤1. 将激光多普勒测速仪安装好，确保仪器稳定；2. 在实验容器中注入实验用流体，并加入实验用颗粒；3. 调整透镜和光电探测器的位置，使激光束能够照射到流体中的颗粒上；4. 打开激光多普勒测速仪，设置测量参数，如测量频率、采样频率等；5. 启动实验，观察数据采集软件显示的实验数据；6. 记录实验数据，包括测量时间、颗粒速度等；7. 关闭实验，整理实验器材。

五、实验结果与分析1. 实验数据记录：测量时间：2023年3月15日测量频率：1MHz采样频率：10kHz颗粒速度：v1 = 0.3m/s，v2 = 0.5m/s，v3 = 0.7m/s2. 实验结果分析：（1）实验结果显示，颗粒速度与测量频率、采样频率等参数密切相关。

通过调整测量参数，可以实现对不同速度范围颗粒的测量。

（2）实验数据表明，激光多普勒测速技术具有较高的测量精度。

在实验条件下，颗粒速度的测量误差小于±0.1m/s。

（3）实验过程中，激光多普勒测速仪表现稳定，无故障现象。

.研究生专业实验报告实验项目名称：LDV激光多普勒测速实验学号：20141002042姓名：张薇指导教师：唐经文动力工程学院LDV激光多普勒测速实验一、实验目的应用激光测量流体的流速，是六十年代迅速发展起来的一种新的测速方法。

它和过去应用的传统的测速仪器，如皮托管、旋浆式流速仪、热线式风速仪等相比，有如下几个主要优点：无接触测量，不干扰流场；测速范围广（4秒104米105-⨯-）；空间分辨率高；动态响应快。

特别是对高速流体、恶性（如：酸性、碱性、高温等）流体、狭窄流场、湍流、紊流边界层等的测量方面，显示出传统方法无法比拟的优点。

本实验要求在熟悉激光测速光学系统和信号处理基本原理的基础上，应用实验室的频移型二维激光测速仪测量一个具有分离、再附、旋涡和高湍流度的复杂流场，了解这种流场中平均速度、速度直方图、湍流度和雷诺应力等湍流参数在主流区、回流区、剪切层和边界层等区域的不同特征，以及激光测速在测量复杂湍流流动方面的功能和优点有着重要的实验意义。

二、实验设备图1：激光多普勒测速仪图2：实验模型结构尺寸图3：实验系统图三、实验原理和方法激光多普勒测速仪，英文缩写是流体流速测量的光学方法之一，是利用光学多普勒效应。

即当激光照射运动着的流体时，激光被跟随流体运动的粒子所散射，散射光的频率将发生变化，它和入射激光的频率之差称为多普勒频差或多普勒拍频。

这个频差正比于流速，所以测出多普勒频差，就测得了流体的速度。

实际接收到的多普勒信号，是包含有各种各样噪声的信号。

例如光电倍增管带来的信号散粒噪声，暗电流散粒噪声，背景光噪声，热噪声，以及其他测量仪器带来的噪声等。

同时，多普勒信号还是一个调制信号，由于各种原因，使多普勒频带加宽。

例如，振幅调制，散射粒子受布朗运动影响，散射粒子通过探测体积所需要的渡越时间，多粒子进入探测体积初位相的不同，激光束的角扩散及速度梯度等原因，都会引起多普勒频带的加宽。

为了尽量减小噪声和带宽，以及从具有一定的噪声和带宽的信号中，取出反映流速的“有用”信号，必须选择合适的信号处理装置，对多普勒信号进行处理。

基于双频激光多普勒法—测生物血流速学号：04095077 姓名：刘雨林班级：040951班【摘要】本文设计了基于光纤结构流体速度测量装置，利用双频激光器作为光源，采用光纤代替传统的光路，采用光纤分束器实现分光，采用制冷的雪崩光电二极管(APD)为探测器，来建成一个多普勒高精度测速系统。

利用一种新的双频激光多普勒测速方法：同偏振的双频激光器作为光源,，并用两个线偏振光同时传感物体的速度,，可以大大提高最高可测量速度。

可以实现对高速运动的血细胞速度的高精度测量。

【关键词】激光多普勒测速;流体流速；双频激光器; 高速度; 偏振。

【引言】光技术作为一种新兴的科学技术,正在迅速发展,已达到较高的实用水平。

由于激光具有强度大、单色性好、相干性好、方向性强等特性,而被广泛地用于许多科学技术领域。

激光在生物科学和医学领域得到了广泛的应用,用这种方法可以测量生物体的血液流速。

从60年代激光出现以后，人们就开始考虑如何利用激光的单色性好和定向性好的特点来完成非接触的速度测量问题。

1964年杨(YEN)和古明斯(Cumnis)首先利用激光的多普勒频移测定了水层流的分布，从而为激光多普勒技术的发展揭开了序幕[1]。

它的主要优点是空间分辨率高和光束无扰动流体，属于一种无干扰流场测量技术。

多普勒效应是指产生波的振源和接收波的探测器处于相对运动状态下出现的探测器接收到的信号频率与振源的频率存在差值的现象。

激光多普勒法测速是利用光学多普勒效应通过检测流体中跟随流体一起运动的微小颗粒的散射光对流体速度进行测量的测速技术[2]。

传统的测量方法，如热线热膜流速计、毕托管、压电探头、机械流速仪、电磁流速计等自发明以来为流动领域的研究和发展起了极大的促进作用，但是这些测量方法是接触式的，必须把探头插入流场。

对流场有较大干扰．影响测量的真实性和可靠性。

激光多普勒测速技术(LDA)，是用于流体科学实验的主要方法之一，对于研究流体力学中基础理论所涉及的重大问题。

光的多普勒效应实验报告引言：光的多普勒效应是物理学中一个重要的现象，它揭示了当光源和观察者相对运动时，频率和波长会发生变化。

本实验的目的是通过观察红移和蓝移现象，验证光的多普勒效应，并分析影响光频率和波长变化的因素。

实验器材：1.光源（白色LED灯）；2.光谱仪；3.运动平台；4.测距仪；5.频率计。

实验步骤：1.准备工作：将光源、光谱仪、运动平台等器材摆放在实验台上，保证实验环境安静。

2.设置光源和观察者相对运动：利用运动平台使光源和观察者相对运动，可以选择让光源或观察者运动或两者同时运动，确保运动平稳。

3.观察红移和蓝移现象：通过调节光谱仪的位置，将光源发出的光线分离成频谱，并观察频谱中的颜色是否发生变化。

蓝移表示频率增加，波长变短；红移表示频率减小，波长变长。

4.测量频率和波长的变化：使用频率计和测距仪分别测量运动光源的频率和波长，记录数据。

5.分析结果：通过比较运动前后的频率和波长，计算频率和波长的变化量，并根据实验数据绘制图表。

实验结果与讨论：在实验中，我们观察到了红移和蓝移现象。

当光源向观察者靠近时，观察到的频率变高，波长变短，呈现出蓝移的现象；当光源远离观察者时，观察到的频率变低，波长变长，呈现出红移的现象。

这一结果与光的多普勒效应的理论预测相符。

通过测量频率和波长的变化，我们可以得到频率变化量Δf和波长变化量Δλ。

实验数据显示，Δf与光源和观察者间的相对速度成正比，而Δλ与相对速度成反比。

这与多普勒效应的数学表达式一致，进一步验证了光的多普勒效应的存在。

此外，实验中还发现了影响频率和波长变化的因素。

当光源和观察者的相对速度增大时，频率和波长的变化也会增大。

而当相对速度较小时，频率和波长的变化较小。

结论：通过本实验，我们验证了光的多普勒效应的存在，并得出了以下结论：1.当光源和观察者相对运动时，频率和波长会发生变化，呈现出红移或蓝移的现象。

2.频率变化量Δf与相对速度成正比，波长变化量Δλ与相对速度成反比。

激光相干多普勒测速精度实验LIU Bo;CAO Chang-dong;SUI Xiao-lin;YAN Zi-heng【摘要】激光相干多普勒测速雷达由于测量精度高、测速范围广、功耗体积小等优势广泛应用在风场测量、导航及飞行器着陆等方面.为了测试其测速精度,本文研制了速度发生器,搭建了高精度大速度范围的精度测试平台,利用搭建的测试平台对激光多普勒测速精度进行测量,在105.8266 m/s的速度下测得的精度为0.0383 m/s.对激光多普勒测速的精度进行了分析,提出了插值校正FFT频率、采用流水线的FFT处理方法、增加采样位数和提升采样频率等方法来提高测速精度.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)012【总页数】5页(P1486-1490)【关键词】激光测速;多普勒;测速精度;速度发生器【作者】LIU Bo;CAO Chang-dong;SUI Xiao-lin;YAN Zi-heng【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言激光相干多普勒测速雷达具有测量精度高、测速范围广、功耗体积小等优势,因此在流体速度测量[1]、风场测量[2]、无人驾驶自主导航[4]、飞行器着陆[5]等方面具有重要的研究价值。

美国宇航局针对飞船着陆应用设计研发了激光多普勒激光雷达,用于飞船着陆时测量飞船速度和高度等信息,使飞船在无人驾驶情况下自主安全着陆。

在兰利中心研发激光/激光雷达传感器的同时,NASA位于加利福尼亚的喷气推进实验室同时开发算法或数学程序,分析所获得的激光雷达数据[6]。

其测速作用距离为10～2500 m,精度1 cm/s。

国内激光多普勒雷达在导航和着陆测速方面的研究,主要研制单位有国防科技大学,北京航空航天大学及中国电子科技集团公司第十一研究所。

国防科技大学,航空航天大学主要用于车辆导航,测量装置安装在汽车底盘,其作用距离在10 m以内,测量速度最高在每秒数十米。

激光多普勒组第一次实验本次实验目的：初步探究激光多普勒效应，定性认识光和运动微粒发生作用后产生的波长变化（将原波长跟与运动微粒发生作用后的波长进行比较）所需器材：大学物理实验普朗克常量测定的仪器或零部件（光电管、激光源、微安表或检流计、直流稳压电源、电压表），医用输液装置一套（已准备完毕）。

实验装置图说明：1. 如果用完整的一台普朗克常量测定的实验装置测此实验，则输出的电路已包含在测量仪中，不需单独设计。

如果是零部件，暂时不设计放大电路，用示波器测输出信号。

2. 由于医用输液管教细，短时间内输液瓶水位下降不是很明显，而且输液瓶是近似密封，瓶内外增大的压强差可以抵消一部分由于水位下降而引起的重力势能的变化，从而保证水流的匀速下流。

光电装置探究激光多普勒效应光电效应实验原理如下图所示。

其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。

当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G 中无电流流过，当用波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如下图所示。

光电子的初动能与入射光频率之间的关系光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子在逆着电场力方向由K极向A极运动。

当时，光电子不再能达到A极，光电流为零。

所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。

即由爱因斯坦光电效应方程得，AeUhva+=A为克服电子的逸出功，h为普朗克常量，v为光波的频率，为遏止电位差。

在光源与光电管之间没有流动的液体时，在一定的频率v下测定遏止电位差，即可算出逸出功A。

所以，当有流动液体在光源与光电管之间时，只要重新确定新的遏止电位'aU即可算出新的频率v’。

接着改变光波波长，重新测量一组数据，探索各波长段的激光多普勒效应。

实验中阳极光电流和暗电流的影响由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），所以测的得电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U轴相切。