[實用新型]雙光束激光多普勒測速實驗儀

無效

• 申請號: 200920035566.2
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN201397601Y
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 徐飛;孫少凌;陳玉林;張雅男;計科
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司
• 代理人: 董建林;孫永生

技術領域

本實用新型涉及一種實驗儀器，更準確地說本實用新型涉及一種雙光束激光多普勒測速教學實驗儀器，屬于激光測速儀器技術領域。

背景技術

本領域目前已有相關的激光多普勒測速儀器，其基本原理是使兩束激光照射在隨液體流動的粒子上，產生兩個不同的多普勒頻移，這兩個不同的頻移合成后形成一個拍頻，然后通過光電檢測器將這個拍頻信號轉換為電信號，再將這個電信號通過頻譜分析得出拍頻的頻率，進而得到液體中粒子的流速。根據研究當粒子達到微米級的時候，相對于液體的跟隨速率可以達到99％，相對于實際應用這個精度已經足夠，所以測得粒子的速率也就相應的得到了液體的流速。相比于傳統測速方式，激光多普勒測速精度高，目前的儀器測得的液體流速誤差可以控制在1％到2％。激光多普勒測速實現了非接觸測量，不影響流場的速率分布，對一些高溫、具有腐蝕性的液體使用激光測速，可以避免液體對儀器的損傷。激光多普勒測速的空間分辨率高，可以對微米級的區域實現精確測量，而且可以測量出流體不同層次和邊緣處的流速。激光多普勒測速在工業、氣象、軍事和醫學等領域有重要的應用價值，其高精度和高分辨率的測量能力是傳統測量方式不可比擬的。

但由于激光多普勒測速對于實驗設備及條件要求較高，儀器結構復雜，成本較高，不適宜推廣，所以目前在實驗教學方面應用還不是很廣泛。

實用新型內容

為解決現有技術的不足，本實用新型的目的是提供了一種雙光束激光多普勒測速實驗儀，針對目前激光多普勒測速技術實驗設備和實驗條件的要求較高、實驗成本昂貴、不宜于實驗的推廣和教學研究的缺點，改進了實驗技術，降低了實驗成本，使得激光多普勒測速可以在實驗教學中得到推廣。

為達到上述目的，本實用新型是通過以下的技術方案來實現的：

一種雙光束激光多普勒測速實驗儀，包括激光器、激光分束系統、聚焦透鏡和信號處理系統，其特征在于還包括水循環系統、光闌，所述的聚焦透鏡包括第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡，激光器的光源出口對準激光分束系統，激光分束系統的光源出口對準第一聚焦透鏡，在第一聚焦透鏡之后設有光闌，信號處理系統設在光闌之后，在光闌和信號處理系統之間設有第二聚焦透鏡；所述的水循環系統包括儲水箱、水泵、硅膠管和試樣管，儲水箱通過硅膠管與試樣管連接，所述的試樣管位于第一聚焦透鏡與光闌之間，并位于第一聚焦透鏡的焦點上。

前述的雙光束激光多普勒測速實驗儀，其特征在于所述的信號處理系統包括光電檢測器、濾波器、放大器和頻譜分析儀，相互之間采用信號線連接。

前述的雙光束激光多普勒測速實驗儀，其特征在于所述的激光分束系統由反射鏡和一個1∶1的半反半透鏡組成。

為了進一步提高實驗精度，可以結合散射粒子的散射光能力，在循環水系統中增加散射粒子。

本實用新型的有益效果是：本實用新型對已有的激光多普勒測速技術進行改進，通過改進光路和增加散射粒子的散射光的能力來獲得較強的散射光，從而降低了對于光電檢測器靈敏度和信號處理系統能力的要求，有效的降低了實驗的成本，使得激光多普勒測速實驗易于實現和推廣，對于激光多普勒測速的教學和研究有重要的意義。

附圖說明

圖1是本實用新型的光路原理圖；

圖2是本實用新型的元件布置結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作詳細的描述。

圖1是本實用新型的光路原理圖，如圖1所示，在聚焦透鏡8前放置一塊白色光屏9，聚焦透鏡8到白色光屏9的距離為L’，聚焦透鏡8的焦距為f，則兩束光交點到聚焦透鏡8的距離為L，白色光屏9上兩點間的距離可以測得為D，則由以下關系式：

可以得到角然后通過信號處理系統得到拍頻的頻率f_d，通過以下公式：

計算得到速度v，其中λ為激光波長。

圖2是本實用新型的元件布置結構示意圖，如圖2所示，本實用新型的雙光束激光多普勒測速實驗儀，包括激光器1、激光分束系統2、第一聚焦透鏡3、水循環系統4、光闌5、第二聚焦透鏡6和信號處理系統7。

激光器1的光源出口對準激光分束系統2，激光分束系統2的光源出口對準第一聚焦透鏡3，在第一聚焦透鏡3之后設有光闌5，信號處理系統7設在光闌5之后，在光闌5和信號處理系統7之間設有第二聚焦透鏡6。水循環系統4包括儲水箱、水泵、硅膠管和試樣管，儲水箱通過硅膠管與試樣管連接，試樣管位于第一聚焦透鏡3與光闌5之間，并位于第一聚焦透鏡3的焦點上。