激光多普勒测速仪

摘要： 科学仪器史正成为一种新的书写科学史的编史学视角.本文以清华大学科学博物馆(筹)收藏的中国第一台自制激光多普勒测速仪为研究对象,重构由这件科学仪器连接的历史.1964年Yeh和Cummins首次将激光多普勒频移应用于流速测量,其论文被中国流体力学界从1970年代开始引用至今,但两位作者却长久不为国内学界所知,故本文首先还原Yeh和Cummins在1964年前后的科研背景.1970年清华大学沈熊等人确立了激光测速研究方向,之后与宁夏银河仪表厂合作,在1975年研制出中国首台自制的激光多普勒测速仪.本文认为,历史性科学仪器或科技藏品背后有丰富的"地矿"可待发掘,科学仪器史足以作为科学史其他编史学视角的补充和借鉴.

摘要： 双扭转流换热器是一种新型管壳式换热器,分别建立扭转流换热器和新型双扭转流换热器的周期全截面计算模型,利用计算流体力学(CFD)方法对壳体侧的传热系数、流动阻力和综合性能进行了数值研究.结果表明:在壳程同等质量流量下,双扭转流换热器传热系数与类梯形折流板换热器相比降低24.4％～27.9％,压降降低63.3％～71.0％,综合性能增加1.2％～4.1％.通过场协同原理对其传热和降阻机理进行了分析,表明双扭转流换热器速度与压力梯度协同较好,扭转流换热器速度与温度梯度协同性较好.对扭转流换热器进行冷模实验,采用激光多普勒测速仪(LDV)对线上速度进行测量,验证了仿真方法和结果的正确性和准确性.研究模型与结论可为换热器的结构开发与性能研究提供参考.

摘要： 为了在材料动力学实验和结构响应研究中实现对平面靶约5 mm范围内多点速度的同时测量,基于光纤密排阵列和双远心镜头研制了一种与光子多普勒测速仪配套使用的具备空间分辨能力的激光发射接收探头。介绍了探头的光学设计和结构设计,并进行了装调和测试。输出光斑特性测试结果表明,探头垂轴放大率与设计值吻合,聚焦位置处最小光斑直径为109μm,最大为202μm。探头对漫反射靶的接收效率测试结果表明,探头中各光纤互不串扰,靠近中心的光纤的接收效率较大,而两侧的偏小。

摘要： 目前中国科学仪器研发水平落后于世界先进国家,科学仪器史的视角有助于更清楚地看到形成这种局面的原因。本文以一种重要的科学仪器——激光多普勒测速仪为研究对象,基于多种史料,发现从20世纪70年代至今,国内研发该仪器的氛围产生了由浓厚到沉寂的巨大变化,缺乏资金支持等多种因素共同导致了这种变化。

摘要： 水流环境中的植被会对水流结构产生影响,进而影响泥沙运移和水质等物理量.为此,在流体力学实验室水槽中开展了系列实验,用不同高度玻璃棒代替刚性植被,利用三维激光多普勒测速仪(3D-LDV)对含不同高度组合的多重植被的水流流速、水位和紊流强度等物理量进行测量.根据植被重数分单重植被、双重植被和三重植被3个工况,每个工况又根据淹没度不同分3个子工况.通过对比分析实测结果,得到了含多重植被水流运动的水力学规律.研究结果对河流、水库和湖泊管理具有一定的参考价值.

摘要： 为了研究四叶孔支撑板换热器壳程的流体流动和传热性能,利用CFD软件建立了周期性全截面的数值模型,研究了换热器壳程流体的流动形态及四叶孔板的间距和开孔高度对换热器壳程热工性能的影响.利用激光多普勒测速仪(LDV)测量了四叶孔支撑板换热器壳程特殊点的轴向流速,将数值计算结果与实验结果进行对比,验证了数值模拟计算的可靠性.研究结果表明:换热器壳程流体总体呈纵向流动,四叶孔支撑板对其可以产生明显的射流作用;流体在通过第1块支撑板后,其流速具有明显的周期性;随着支撑板间距和开孔高度的减小,换热器壳程传热系数和压降均增大,而其综合性能降低,四叶孔板间距和开孔高度对壳程压降的影响程度强于对换热性能的影响;在雷诺数Re为10 000～30 000的范围内,得到了换热器壳程努塞尔数Nu和压降的实验关联式,两者计算偏差都在±10％以内.本文的数值模型及结果对于核电站系统中换热器的设计和应用提供了指导.

摘要： 为了减少公路违章超速现象的发生,使交通安全监测体制更完善,设计并研制了一种可远距离工作的便携式激光多普勒测速系统.阐述了激光多普勒测速的基本原理和光束变换的实现方法,并利用双透镜类望远系统的结构搭建了用于公路超速检测的激光测速仪.理论分析与路边测试试验表明:该激光多普勒测速系统具有长工作距离和大景深的特点,并且可以较高精度获得车辆的行进速度.相比于传统激光测速仪,便携式激光多普勒测速系统提升了中心工作距离并增大了景深.新激光测速仪的中心工作距离为10m,景深为±1m,测速精度可以达到0.1%.

摘要： 在陆用组合导航领域,激光多普勒测速仪作为速度传感器能够与捷联惯导系统组成组合导航系统.为了抑制车辆颠簸引起的倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响,文中给出了基于Janus配置的分光再利用型激光多普勒测速仪.针对其与惯导系统组合导航过程中该配置结构测速仪的误差参数,文中首先推导了该测速仪的速度误差模型,在此基础上提出了差分GPS 辅助的Kalman 滤波标定法.实施了仿真及车载组合导航实验验证该方法的有效性.实验结果表明:文中提出的标定方法是有效的,误差参数补偿后的Janus 配置激光多普勒测速仪能够大大提高组合导航定位精度.%In the field of land integrated navigation, a laser Doppler velocimeter (LDV) can be used as a speed sensor to compose an integrated navigation system with a strapdown inertial navigation system (SINS). To suppress the influence of the inclination variations caused by vehicle jolts on conventional LDVs, a split-reuse LDV based on Janus configuration was presented. Aiming at the error parameters of this configuration type LDV in the integrated navigation with SINS, the velocity error model of LDV was deduced first, and then a Kalman filtering method assisted by a differential global positioning system (DGPS) to calibrate the error parameters was proposed. A simulation and a vehicle integrated navigation experiment were implemented to verify the effectiveness of the method. The experimental results show that the calibration method proposed in this paper is effective. The LDV based on Janus configuration after being compensated can greatly improve the positioning accuracy of the integrated navigation system.

摘要： 天然气流量计量需要解决复杂工况下流量测量及大口径仪表量值溯源等计量基础问题.建立了一套基于激光多普勒测速仪的光学法天然气流量计量装置,将传统的流量体积量测量转化为管道截面的速度场测量,通过速度面积法实现了天然气流量的准确测量.研究表明:装置可实现1.45MPa,500m3/h的最大实验测量能力,其扩展不确定度为1.42％(k=2);实验结果与超声流量计标准表测得的标准流量相对偏差在0.09％至-2.93％范围;所获得的测量结果验证了光学法测量天然气流量的可行性,建立的实验系统可用于更宽广流量范围的高压天然气流量测量的研究.

摘要： 概述重庆钢铁股份有限公司中厚板厂定尺剪机组控制系统体系结构,原设计存在的问题及改进方法.主要介绍激光多普勒测速仪的工作原理、自动定尺剪切控制系统组成、原理及激光测速仪在中厚板定尺剪机组上的成功应用.

摘要： 采用三维激光多普勒测速仪对Mellapak350Y填料内部鼓泡流动时的液相流场进行了测量,考察了气体流动及填料内部结构对液相时均速度场的影响.实验结果表明,规整填料对气泡具有切割和分散作用;受相间作用力影响,距离气泡越近,液体的速度越大,并且随着气相流量的增大,其对液相流场的影响也逐渐扩大;规整填料特有的内部结构对流速分布也有一定的影响.

摘要： 本文针对Mellapak 350Y型规整填料特征单元内的流动及混合现象，利用计算流体力学(Computational Dynamics Fluid, CFD)的方法模拟了单元内的液相单相流流动，并结合脉冲示踪法对其混合行为进行了研究，考察了特征单元在不同流速下的返混系数。建立了相应的实验装置，在室温下以甘油水溶液（65％，wt）为测试液体，利用激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter, LDV)测量了不同流速下，规整填料中特征单元内液相流场进行了测量并与模拟结果进行了对比。

摘要： 本文用激光多普勒测速仪(LDA)测量了预混V形火焰流场中气体的流动特性.实验得出火焰锋面上流场速度的频谱主要为50Hz以下的低频.同时,对穿过火焰锋面的速度进行了统计分析,发现了V形火焰速度统计特性受到两方面的影响,火焰锋面的摆动(闪烁)以及来流湍流特性,实验得到了这两方面对表观湍流度作用的不同表现形式.本文结果表明影响预混V形火焰的速度分布的有着多重因素,在火焰锋面附近尤其复杂.

摘要： 利用开发的可视化狭缝测量模具,验证了LDV在聚合物熔体流场测量中的可靠性,并使用LDV研究了LDPE、LLDPE和HDPE三种聚乙烯熔体在狭缝入口区域的拉伸流动行为.研究表明使用LDV测量聚合物熔体的流动速度可靠性强;LDPE熔体在狭缝人口出现了明显的速度过冲,并在狭缝入口角落附近产生了显著的循环涡流,而LLDPE和HDPE没有类似的入口流动行为,表明LDPE特殊的入口拉伸流动行为与其长支链支化型分子结构有关.

摘要： 利用开发的可视化狭缝测量模具,验证了LDV在聚合物熔体流场测量中的可靠性,并使用LDV研究了LDPE、LLDPE和HDPE三种聚乙烯熔体在狭缝入口区域的拉伸流动行为.研究表明使用LDV测量聚合物熔体的流动速度可靠性强;LDPE熔体在狭缝人口出现了明显的速度过冲,并在狭缝入口角落附近产生了显著的循环涡流,而LLDPE和HDPE没有类似的入口流动行为,表明LDPE特殊的入口拉伸流动行为与其长支链支化型分子结构有关.

摘要： 利用开发的可视化狭缝测量模具,验证了LDV在聚合物熔体流场测量中的可靠性,并使用LDV研究了LDPE、LLDPE和HDPE三种聚乙烯熔体在狭缝入口区域的拉伸流动行为.研究表明使用LDV测量聚合物熔体的流动速度可靠性强;LDPE熔体在狭缝人口出现了明显的速度过冲,并在狭缝入口角落附近产生了显著的循环涡流,而LLDPE和HDPE没有类似的入口流动行为,表明LDPE特殊的入口拉伸流动行为与其长支链支化型分子结构有关.

摘要： 利用开发的可视化狭缝测量模具,验证了LDV在聚合物熔体流场测量中的可靠性,并使用LDV研究了LDPE、LLDPE和HDPE三种聚乙烯熔体在狭缝入口区域的拉伸流动行为.研究表明使用LDV测量聚合物熔体的流动速度可靠性强;LDPE熔体在狭缝人口出现了明显的速度过冲,并在狭缝入口角落附近产生了显著的循环涡流,而LLDPE和HDPE没有类似的入口流动行为,表明LDPE特殊的入口拉伸流动行为与其长支链支化型分子结构有关.

摘要： 建立了一套可视化的快拆传热试验装置,对不同表面结构进行了传热试验和LDV流场试验.流速分布显示,过冷沸腾对壁面附近的U向速度有一定阻碍作用,对V向速度有较大强化作用,在低流速、高热通量下,沸腾可使壁面处的V向速度提高一个数量级.随凹面半径减小,U向速度有小幅度提高,V向速度脉动强度减弱,在一定程度上抑制了沸腾的发生.随凹面半径减小,过冷沸腾传热总量提高,主要贡献是对流传热系数增大,提高了强制对流传热量.

摘要： 本发明实施例公开了一种双向多普勒测速仪及双向多普勒测速方法。其包括控制模块、时钟模块、两个发射模块以及两个接收模块，发射模块、接收模块以及时钟模块与控制模块连接，发射模块和接收模块与时钟模块连接；控制模块用于控制时钟模块给发射模块提供第一电信号，发射模块根据第一电信号发射声波信号；接收模块用于接收声波信号被反射后产生的反射波信号，并根据反射波信号产生第二电信号；时钟模块用于为接收模块提供零混频信号；接收模块还用于根据零混频信号处理第二电信号；控制模块还用于采集两个接收模块处理的第二电信号，并根据两个接收模块处理的第二电信号确定水流方向及水流流速。本方案可以提高水流测速的精确度。

摘要： 相位调制直接探测激光多普勒测速仪及其测速方法，涉及一种直接探测激光多普勒测速仪。为了解决目前直接探测方式中利用如FP干涉仪这类边缘滤波器，将后向散射光的频率变化转化为透过率的变化从而得到多普勒频移的方法相对于相干探测方式测量精度不高的问题。由电光相位调制器与FP干涉仪产生振幅随运动目标多普勒频移变化的拍频信号，并由移相器、乘法器和低通滤波器对拍频信号的振幅项进行提取，利用此振幅项鉴别光波频率信息，利用机械式开关的闭和开两种状态对出射激光与目标后向散射光的频率进行测量并利用两次频率测量值的差作为多普勒频移的测量值。利用回波能量检测去除光强变化对测量结果的影响。用于光学领域中测量目标的运动速度。

摘要： 本发明公开了一种激光多普勒测速仪的多普勒信号周期分布解调方法。该方法采用基于周期计数法的时域处理原理，但是它不计算每个给定时间段内全部周期的平均频率，而是分析各时间段内每个周期的时间值分布，取它们中最频繁的时间值作为该时间段内的周期长度，换算为该时间段的信号频率。本发明的主要优点是，可以提高多普勒频移信号处理的计算精度，有效减小散射光不稳定带来的多普勒频移信号周期变宽或变窄、信号局部丢失和噪声对目标运动速度测量结果的影响。

摘要： 本发明公开了一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，包括：按照预设采样间隔采集模拟光电信号，并进行预处理，得到离散多普勒信号序列；将离散多普勒信号序列依次分解为较短的子序列；构造DFT迭代过程的三项变量因子矩阵；三项变量因子矩阵为：输入序列矩阵、系数旋转因子矩阵和DFT旋转因子矩阵；基于三项变量因子矩阵对子序列进行DFT的逐层迭代计算，得到多普勒信号序列幅值频谱及其最大值，并求出频谱最大值的主频序号；根据频谱最大值的主频序号依次计算多普勒频率和最终流体速度。本发明可以有效化简复数运算，提高运算效率与实时性，有利于实现现场在线测量。

摘要： 本发明公开了一种用于水下测速的双光束差动激光多普勒测速仪，包括壳体与测速组件；壳体的外壁上设有测速槽，测速组件包括：发射单元、发射透镜、第一透明窗口，位于测速槽一侧的槽壁上，使两束入射光在测速槽内相交，并散射光；第二透明窗口，位于测速槽另一侧的槽壁上，使散射光射入壳体；接收透镜，用于使散射光聚焦；接收单元，用于对散射光进行光电转换，并进行载体相对于水的运动速度解算或水体流速解算。本发明应用于激光和精密测量技术领域，将激光多普勒测速仪应用于水下测量，可实现自主式、无接触测量，且测速精度高、空间分辨率高、方向灵敏度高、实时性好。且本发明的各个元件容易获得，装配简单，易于实现。

摘要： 本申请涉及一种用于中远距离测速的激光多普勒测速仪。所述激光多普勒测速仪在根据探测需求确定光学模块的组件参数后，通过调整光学模块中正透镜组和负透镜组之间的距离调整光学模块输出的测量光的束腰位置，进而根据参考光和信号光干涉形成的光信号转换为包含多普勒频率信息的电流信号，通过信号处理系统对电流信号进行处理，得到待测物体的速度，实现中远距离的速度测量。本发明所提供的激光多普勒测速仪可以突破当前测速仪测量距离短的问题，并同时在中远距离测量中保证测量结果的高精度和高信噪比。

摘要： 相位调制直接探测激光多普勒测速仪及其测速方法，涉及一种直接探测激光多普勒测速仪。为了解决目前直接探测方式中利用如FP干涉仪这类边缘滤波器，将后向散射光的频率变化转化为透过率的变化从而得到多普勒频移的方法相对于相干探测方式测量精度不高的问题。由电光相位调制器与FP干涉仪产生振幅随运动目标多普勒频移变化的拍频信号，并由移相器、乘法器和低通滤波器对拍频信号的振幅项进行提取，利用此振幅项鉴别光波频率信息，利用机械式开关的闭和开两种状态对出射激光与目标后向散射光的频率进行测量并利用两次频率测量值的差作为多普勒频移的测量值。利用回波能量检测去除光强变化对测量结果的影响。用于光学领域中测量目标的运动速度。

摘要： 本发明公开了一种激光多普勒测速仪的多普勒信号周期分布解调方法。该方法采用基于周期计数法的时域处理原理，但是它不计算每个给定时间段内全部周期的平均频率，而是分析各时间段内每个周期的时间值分布，取它们中最频繁的时间值作为该时间段内的周期长度，换算为该时间段的信号频率。本发明的主要优点是，可以提高多普勒频移信号处理的计算精度，有效减小散射光不稳定带来的多普勒频移信号周期变宽或变窄、信号局部丢失和噪声对目标运动速度测量结果的影响。

摘要： 本发明提供了一种基于铌酸锂调制器的激光多普勒测速仪的校准装置及方法，主要解决现有技术难以满足较高速度测量范围的激光多普勒测速仪的检测和校准的问题。该校准装置包括铌酸锂调制器、射频信号放大器、信号源、光纤隔离器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器和光纤扩束器。该装置和方法通过模拟多普勒信号的方法生成标准速度，根据标准速度和测量速度即可得到测量精度，被检测的激光多普勒测速仪进行校准，理论最高可模拟的标准速度超过10km/s。

摘要： 本发明公开了一种应用于激光多普勒测速仪的速度测量方法与系统，上述方法包括：通过激光多普勒测速仪采集被测物体的运动信号，并根据运动信号进行参数设置；根据设置的参数对运动信号进行滤波处理并分段，将每一段落的信号通过快速傅里叶变换转换到频域并进行频谱分析，获得各段落信号的频率搜索范围；通过设置的参数和频率搜索范围对段落内的信号进行小波变换，通过提取小波脊线获得每一段落信号的瞬时频率估计曲线片段；对每一段落的瞬时频率估计曲线片段进行拼接，通过时频信号重建得到被测物体的速度‑时间曲线。本发明利用小波变换对信号进行处理，结合快速傅里叶变换有效提高系统的时间分辨率和数据处理速度。