激光多普勒测速教学实验之一 双光束LDV测速原理及线性特性的实验验证
1. 概述
双光束LDV是目前最普遍使用的光路。它的光学特点是两束平行激光束聚后相交所形成的交点,其光强分布形态为一个椭球体(称为控制体)中存在着一组干涉条纹,当运动微粒通过交点时,就会向四周发射散射光。散射光的频率、光强、周期数等均与粒子的大小、运动速度和方向等有关,本实验仅实验验证其最重要的性能,即频率与速度的线性特性,这是其它流速测量技术所难以企及的。
双光束LDV控制体的基本参数如下图所示:

图1. 双光束LDV控制体参数
实验共分为两部分:A. 观察控制体中的干涉条纹
B. 测量一个旋转圆盘的线速度,并与其它测速方法结果相比较
2. 实验装置和步骤
A. 图2 是双光束LDV干涉条纹观察装置,将一个高倍放大镜放置在双光束交点处,在远处放置一黑色屏幕,在屏幕上显示一组干涉条纹,可以将干涉条纹图形拍摄下来,与理论计算结果相比较。

图2. 双光束LDV控制体干涉条纹观察装置
B. 旋转圆盘的线速度测量装置
图3 是一套旋转圆盘线速度测量装置,由一维双光束发射光单元、接收光单元和一旋转光碟所组成。光碟由直流电机带动,旋转速度可以调节。当旋转速度固定时,其线速度与测量处半径成线性关系(Ux = 2pR)。由此可以得到如图4 所示的LDV线性特性。也可以与已有速速测量方法,如光电法相比较。

图3. 测量校准圆盘线速度的一维LDV装置

图4. LDV的线性特性与频率—速度关系式
3. 实验报告要求
A. 观察并记录双光束LDV的干涉条纹图形,与理论技术结果相比较
B. 测量旋转圆盘(本实验中为光碟)在固定旋转速度下,线速度随测量点半径的变化关系,记录其频率(速度),验证速度与半径的线性特性,也可以同其它速度测量方法相比较。