基于二维激光多普勒测速仪测量低压流场速度

低压流场中的速度分布对于流动特性的理解和优化设计具有重要意义。基于激光多普勒测速仪的测速技术是一种非侵入性、高精度的流场速度测量技术,其能够实时测量流场中各个位置的速度分布。本研究将基于激光多普勒测速仪测速技术对低压流场中的速度进行测量,并探究速度分布规律,为相关领域的研究提供重要的参考依据。

基于二维激光多普勒测速仪的捷联式车载自主重力测量方法

传统的车载重力测量通常采用捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)/全球导航卫星定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)组合的方式,但是在如山谷、隧道以及高楼林立等特殊环境下,GNSS信号会受到遮挡,导致重力测量系统精度下降。针对特殊环境下传统车载重力测量方法精度下降的问题,提出了一种基于捷联惯导系统/二维激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter,LDV)组合的车载重力测量方式,分析了系统重力测量原理和误差模型,设计了滤波器方案,通过车载重力测量实验对系统精度进行了验证。实验针对丛林遮蔽的山地环境下完成了六条重复测线重力测量,同时比对SINS/GNSS组合重力测量系统的测量精度,其中SINS/GNSS组合系统的单条测线内符合精度最大为2.46 mGal,最小为1.03 mGal,总内符合精度为1.53 mGal;SINS/LDV组合系统的单条测线内符合精度最大为1.05 mGal,最小为0.47 mGal,总内符合精度为0.70 mGal,其总内符合精度相比于SINS/GNSS组合系统提高了约53%。车载重力测量实验证明了SINS/LDV组合重力测量系统在卫星信号拒止环境下的有效性。

基于二维激光多普勒测速仪的车载组合导航系统

为了减小由车式载体上下颠簸而引入的测量误差,设计了二维结构的激光多普勒测速仪2-D LDV(laser Doppler velocimeter),并将其与捷联惯导组合导航。阐述了二维激光多普勒测速技术的基本原理,详细讨论了其与捷联惯导组合的具体结构并进行了车载实验。理论和实验结果表明:2-D LDV减小了由于车辆上下颠簸而引入的测量误差,进一步提高了导航精度。车辆行驶总里程为29.67 km,纯捷联惯导的位置误差为936 m,1-D LDV/SINS组合系统的位置误差17.2 m,而2-D LDV/SINS组合系统的位置误差仅有7.1 m,相对于1-D LDV/SINS,2-D LDV/SINS更适合于车载组合导航系统。

光电混合反馈二维激光多普勒测速仪研究

本文首次提出利用光电混合反馈激光多普勒测速仪的中频频率区分二维速度分量的方法，研制了一种光电混合反馈二维激光测速仪。与现有仪器相比，它具有信号分离简单、信噪比高和动态测量范围宽等特点。文中介绍了该仪器的构成和工作原理，分析了光电流信号的频谱特性和信号分离方法，最后给出了该仪器用于二维流场测量的实验结果。

陆用组合导航中二维激光多普勒测速仪的标定方法

为了抑制车辆颠簸及载重变化对一维激光多普勒测速仪的影响,设计了一种二维激光多普勒测速仪。针对其使用过程中的误差参数,提出了一种差分全球定位系统辅助的Kalman滤波标定方法,并设计了车载组合导航实验验证了该方法的有效性。由补偿后的二维激光多普勒测速仪与陀螺数据航迹推算的最大水平位置和最大高度的误差分别为5.5m和0.36m。结果表明,该标定方法是有效的,补偿后的二维激光多普勒测速仪能大大提高导航的水平定位精度,且能给出高精度的高度信息。

基于二维激光多普勒测速仪建立新组合导航系统的方法

为了提高车辆在行驶过程中的测量精度,提出一种利用二维激光多普勒测速仪(2D LDV)和捷联惯性导航系统(SINS)建立新的组合导航系统的方法。阐述了2D LDV的基本原理,并且详细讨论了由2D LDV和SINS组成的新的组合导航系统进行位置解算的过程。理论及实验结果表明:新的组合导航系统很好地抑制了纯惯性导航误差发散的特性;相比于由一维激光多普勒测速仪构成的组合导航系统,2D LDV提高了载体速度测量的精度,从而进一步提高了组合系统的导航精度。新的组合导航系统两次实验在2.2 h内的定位误差分别只有5.9 m和5.2 m。

二维侧视型声学多普勒流速仪的设计

为了获得浅水或断面处的二维流速分布,扩展超声波测量的应用范围,设计了二维侧视型声学多普勒流速仪。采用5 MHz高频超声波进行测量,并设计了独特的探头结构,避免对测流场产生干扰。基于多普勒效应的基本原理,采用复自相关算法进行频率估计,解算出超声波换能器的径向流速,通过变换矩阵得到二维流速。实测结果表明,所设计的二维侧视型声学多普勒流速仪能有效测量出采样体的二维流速,测量标准差分别为0.028 m/s和0.009 m/s,具有一定的实用价值。

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统的智能化及其应用

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统利用两个计数跟踪光电混合反馈环路来分离并测量速度的二维分量。通过智能控制,寻找适当的初始光学频移档次,使得光电信号的有效频率成分分别进入各自对应的信号处理器处理带宽内,同时监视LDA的工作状态,对采集得到的两个环路的光电信号频率及相应的光学频移量,进行一系列的信号处理工作,最终可获得测量点的二维速度分量。二维智能计数跟踪型LDA在非对称突扩管道的流场测量中的应用结果,证实了该套系统的研制是成功的。

激光多普勒测速仪示值误差检测方法研究

针对激光多普勒测速仪示值误差的检测,传统的检测方式是通过获得相应运动速度的运动物体,以其为标准完成测速仪示值误差的检测。但针对高速激光多普勒测速仪(公里级每秒)示值误差的检测,现有速度获取方式无法获取相应的速度上限。为此,本文提出采用光学回波模拟法对其进行示值误差检测。通过光学移频技术模拟测速仪测速过程中产生的多普勒频移,构造携带目标信息的光回波,从而实现对应速度激光多普勒测速仪示值误差的检测。本文以声光移频器与各类空间光器件搭建了检测系统,对某型号的激光多普勒测速仪进行了单点测速示值误差的检测试验。由实验结果可知,针对测速仪示值误差检测的光学回波模拟法是可行性,具有一定的工程应用前景。

用于导航定位的激光多普勒测速技术研究进展

激光多普勒测速技术以其高精度和高可靠性得到广泛应用,其为运动载体的导航定位提供了一种全新的独立测速手段,在提高定位精度方面发挥了重要作用。随着应用场景的拓展,现有的激光多普勒测速技术亟待进一步的发展和优化。文中从激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter,LDV)的测速原理、种类分类和导航应用研究现状三个方面入手,对用于运动载体导航定位的LDV技术进行综述。可以看到,利用LDV进行组合导航的航迹推算精度已经优于0.01%,达到了高精度导航定位的要求,其中单光束LDV比双光束LDV更适合车载应用,能敏感更多维度速度分量的LDV对导航精度提高的效果更明显。同时,对LDV后续的发展方向进行了展望,LDV与更低成本的SINS进行组合导航是下一步值得研究的方向。可以预见,LDV有望在未来成为覆盖高低速测量、海陆空全领域的高精度独立测速装置,在解决实际科学和工程问题中发挥更大、更重要的作用。

二维点列式激光多普勒法测量物体速度

提出了一种二维点列式激光多普勒测量方法,用于捕捉轨迹有一定波动范围的空间运动物体的速度信息。该方法使衍射光栅产生的多束相干光在空间某探测位置相交,从而形成一个结构可调的二维探测体阵列。当物体轨迹的波动量在二维阵列范围内时,系统即可以获得其速度信息。与扩展光束型的多普勒测速系统相比,该方法具有空间分辨率高及能量集中等优点,因此可以用于远距离探测。另外,对固体表面散射光的多普勒信号进行了分析及模拟。结果表明:测量结果与模拟结果相一致,且经频谱校正后的平均误差可以达到1.63%。该系统结构易于集成,调节方便,适用于轨迹有一定波动量的空间物体的速度测量。

参考光束型激光多普勒测速仪的误差分析

阐述了参考光束型激光多普勒测速仪的基本原理,从理论上分析了原理公式近似、高斯光束干涉、激光线宽、探测器孔径、有限渡越时间、信号处理算法、空气折射率变化及角度测量等诸多因素对激光多普勒测速仪测量结果造成的误差,研究并给出了每一种影响因素所引起误差的理论公式,在每一种影响因素中具体讨论了各种光学参数对测量误差的影响并对部分参数进行实验研究。理论分析和实验表明:在实验中需要选择线宽较窄的激光器及孔径较小的光电探测器,而在选择光束光斑半径和信号光中心光线的方向与粒子运动方向的夹角时,既要考虑激光的质量和多普勒信号的强度,同时也需要考虑原理公式近似、探测器孔径的尺寸、有限渡越时间及高斯光束干涉等多种因素对测量结果的影响。

激光多普勒测速仪方向辨别及低速测量的研究

为了解决激光多普勒测速仪速度方向辨别及低速测量的问题,利用双声光调制技术设计了光路系统测量转台的转速。在参考光模式的基础上,对参考光和信号光分别进行移频并设定一定的偏置频率,使得探测器输出信号的频率在偏置频率左右变化。理论分析和实验结果表明:双声光调制技术可以有效地辨别速度方向,并且可以实现低速测量;所设计的激光多普勒测速仪的测速精度优于0.35%。

分光再利用型激光多普勒测速仪及其与捷联惯导组合导航

为了抑制惯性导航系统的误差累积效应,提出了用激光多普勒测速仪与捷联惯导进行组合。基于分光再利用的思想设计了新型光路结构的激光多普勒测速仪,并详细讨论了激光测速仪与捷联惯导组合进行航迹推算的过程。理论分析和实验结果表明,分光再利用型激光多普勒测速仪测量精度高、数据有效性及稳定性好,将其用于车载惯性导航系统大大提高了导航精度,位置误差由纯捷联惯导2 h1166 m提高到组合系统2 h 20 m。

基于激光多普勒测速仪的车载组合导航

针对车载纯捷联惯性导航系统(SINS)导航精度随时间增长而降低的不足,提出了基于激光多普勒测速仪(LDV)这一新型速度传感器的组合导航方案。通过建立SINS/LDV组合导航系统的状态方程和量测方程,设计了系统的卡尔曼滤波器,并对组合导航系统进行了仿真模拟。结果表明:SINS/LDV组合方案能够有效减小SINS导航参数随时间的累积误差,可以实现全自主、高精度导航;当LDV测速精度为0.1%时,组合导航系统的位置精度提高了2个数量级,速度精度提高了1个数量级。

激光多普勒测速仪在化学工程中的应用

化工研究中经常要涉及到流体,需要对流体的流速进行测量。激光多普勒测速仪作为一种非接触式测量手段,具有精度高、重复性好、动态响应快、测量范围宽等优点,因而在流场、湍流、传质、传热、流型、燃烧等方面获得了越来越广泛的应用。本文综述了激光多普勒测速仪在化工研究领域作为一种新测量手段获得的应用。

基于Labview的激光多普勒测速仪的频谱校正

在激光多普勒测速仪中,为了减小由信号处理算法带来的测量误差,提出运用频谱校正算法对多普勒信号的频谱进行校正,详细阐述了能量重心法、比值法和相位差法3种离散频谱校正算法的基本原理,运用这3种算法对理想正弦信号进行仿真,并运用比值法对信号施加不同频率和信噪比的噪音下的正弦信号和实测的多普勒信号进行仿真及实验研究。结果表明:3种算法都可以使信号的频率更接近于真实值,其中能量重心法校正精度相对较低,比值法和相位差法精度较高,尤其是比值校正算法处理速度更快,校正的精度基本不受信噪比的影响。将比值法运用于激光多普勒测速系统,与光接收计数法测量结果进行比较,结果显示:校正后比较正前激光多普勒测速仪测量相对精度提高了2～3倍。

激光多普勒测速仪信噪比及多普勒电流的研究

研究并给出了参考光束型激光多普勒测速仪中计算信噪比的一般公式,并进行数值模拟,分析了光斑尺寸和探测器孔径对信噪比的影响;同时给出多普勒电流的计算公式,并从理论上分析了参考光束与信号光束的空间位置关系对多普勒电流的影响。理论分析及数值模拟表明,信噪比是参考光光强的增函数,但当参考光光强达到一定值时,信噪比增加的非常缓慢,趋近极限值ηIs/(hνΔf);两光束艾里斑尺寸相当时,信噪比最大,可达0.7ηPs/(hνΔf)。两束光不平行时,多普勒电流的大小与两束光的角度偏差关系很大;而两光束平行时,光束入射角对多普勒电流几乎没有影响。

基于激光多普勒测速仪的皮托管校准实验研究

用皮托管测量风速时需要其校准系数α来修正测量结果，激光多普勒测速仪可用于皮托管的校准。在校准过程中，皮托管探头附近的绕流和实验段流场在轴线上的速度分布偏差会影响校准结果。为评估或修正这些影响进行了实验研究，实验结果表明：皮托管探头对原有流场的干扰会影响α的校准结果，因此校准时须找到合理的激光多普勒测速仪测量位置以尽可能地避免这种影响；实验段流场轴线上固有的速度分布偏差也会影响校准结果，这种影响可以通过实际测量来修正。

激光多普勒测速仪使用维护

介绍激光多普勒测速仪在冷连轧厚度控制中的工作原理,以及使用和维护时的注意事项。