【激光多普勒測速儀】
功能、作用介紹：
激光多普勒測速儀(laser Doppler velocimeter，LDV)，是利用激光多普勒效應來測量流體速度的一種儀器。激光測速儀在流速測量方面，已成為不可或缺的手段。
LDV實驗是以現(xiàn)代技術(shù)為手段，與實際應用緊密結(jié)合而又能充分體現(xiàn)物理思想和方法的實驗項目。它涉及到較多物理知識包括光學、流體力學，需要較強的電子技術(shù)和光學知識。一般LDV設備昂貴，且不符合實驗教學要求。因此我們開發(fā)出這種新型設備，目的在于使學生在掌握物理學基本原理的基礎上，學習用基礎光學器件設計、搭建與調(diào)試光路的方法，學習虛擬儀器的使用等。本實驗設備適合近代物理實驗、近代光學實驗和大學物理實驗拓展等。
LDV的原理大致如下：
兩束相干光(激光)相交于流速場被測點，形成一個尺度小于1mm的條紋區(qū)，當速度為v的粒子進入條紋區(qū)時，光敏探測器便可獲得含有多普勒頻率的信號。
由于流體中的粒子質(zhì)量和尺寸很小，因此可以用多個粒子速度的統(tǒng)計平均值代表流體的速度。
光敏探測器的輸出信號進入LDV信號處理器。當一個粒子進入條紋區(qū)時，探測器輸出的信號經(jīng)放大、濾波后，成為一個上下對稱的、包絡線近似高斯曲線的多普勒波群。波群信號送到PC，做頻譜分析，得到多普勒頻率fD，求出速度為v。
本作品光路采用在光學平板上用光學器件搭建。選用通用光學器件，依據(jù)精典著作搭建雙光束LDV光路，確保光路穩(wěn)定，器件安裝牢固，調(diào)整方便。
反復研制改進電子電路，試用各種光敏器件，如光電倍增管、PIN光敏二極管和雪崩光敏二極管等，達到了滿意的效果。研制了以微處理器為基礎的50MHz高速數(shù)據(jù)采集電路。使信號處理部分簡潔、可靠。
采用USB接口與信號處理器通信。使用LabVIEW，對信號做數(shù)據(jù)處理。使用FFT(快速傅里葉變換)得到各波群的fD，再用概論與統(tǒng)計模板中有關函數(shù)形成流速分布直方圖，給出流速。LabVIEW便于進一步對測量結(jié)果進行處理、保存。
主要技術(shù)指標：
1. 光學平板600mm×300mm，厚8mm。
2. 兩束光間距：20～25mm，匯聚透鏡f=100mm，兩束光相交角度： 5o～10 o。
3. fD測量范圍10kHz~8MHz。當兩束光間距25mm時流速范圍：0.03m/s~24m/s
本LDV作為實驗儀器，測速范圍較大，在測量液體和氣體的過程中均得到良好的多普勒頻率信號，使用中不必添加散射粒子;使用虛擬儀器技術(shù)便于拓展;防護性能好，不易損壞，非常適合物理實驗和光信息技術(shù)實驗。有完善的實驗講義和教學資料，相信會有良好的推廣前景。
作品名稱：激光多普勒測速儀
完成單位：北京交通大學
