【北京交通大学】激光多普勒测速仪

　　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速度的一种仪器。激光测速仪在流速测量方面，已成为不可或缺的手段。

　　LDV实验是以现代技术为手段，与实际应用紧密结合而又能充分体现物理思想和方法的实验项目。它涉及到较多物理知识包括光学、流体力学，需要较强的电子技术和光学知识。一般LDV设备昂贵，且不符合实验教学要求。因此我们开发出这种新型设备，目的在于使学生在掌握物理学基本原理的基础上，学习用基础光学器件设计、搭建与调试光路的方法，学习虚拟仪器的使用等。本实验设备适合近代物理实验、近代光学实验和大学物理实验拓展等。

　　两束相干光(激光)相交于流速场被测点，形成一个尺度小于1mm的条纹区，当速度为v的粒子进入条纹区时，光敏探测器便可获得含有多普勒频率的信号。

　　由于流体中的粒子质量和尺寸很小，因此可以用多个粒子速度的统计平均值代表流体的速度。

　　光敏探测器的输出信号进入LDV信号处理器。当一个粒子进入条纹区时，探测器输出的信号经放大、滤波后，成为一个上下对称的、包络线近似高斯曲线的多普勒波群。波群信号送到PC，做频谱分析，得到多普勒频率fD，求出速度为v。

　　本作品光路采用在光学平板上用光学器件搭建。选用通用光学器件，依据精典著作搭建双光束LDV光路，确保光路稳定，器件安装牢固，调整方便。

　　反复研制改进电子电路，试用各种光敏器件，如光电倍增管、PIN光敏二极管和雪崩光敏二极管等，达到了满意的效果。研制了以微处理器为基础的50MHz高速数据采集电路。使信号处理部分简洁、可靠。

　　采用USB接口与信号处理器通信。使用LabVIEW，对信号做数据处理。使用FFT(快速傅里叶变换)得到各波群的fD，再用概论与统计模板中有关函数形成流速分布直方图，给出流速。LabVIEW便于进一步对测量结果进行处理、保存。

　　本LDV作为实验仪器，测速范围较大，在测量液体和气体的过程中均得到良好的多普勒频率信号，使用中不必添加散射粒子;使用虚拟仪器技术便于拓展;防护性能好，不易损坏，非常适合物理实验和光信息技术实验。有完善的实验讲义和教学资料，相信会有良好的推广前景。

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