【摘 要】
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激光多普勒测速系统涉及光学、电子、和计算机等多门学科,在全国高校中,部分高校都开设激光多普勒测速相关实验课。不过,国内相关成熟产品比较少,而国外产品价格昂贵,造成相关实验课程教学成本极高。同时,信号处理系统在一定程度上影响激光多普勒测速系统的精度。因此,面向实验教学,开展研究低成本的激光多普勒流速测量仪器的信号处理系统具有重要的意义。本文针对实验教学用的激光多普勒测速系统需求,在分析调研激光多普勒
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激光多普勒测速系统涉及光学、电子、和计算机等多门学科,在全国高校中,部分高校都开设激光多普勒测速相关实验课。不过,国内相关成熟产品比较少,而国外产品价格昂贵,造成相关实验课程教学成本极高。同时,信号处理系统在一定程度上影响激光多普勒测速系统的精度。因此,面向实验教学,开展研究低成本的激光多普勒流速测量仪器的信号处理系统具有重要的意义。本文针对实验教学用的激光多普勒测速系统需求,在分析调研激光多普勒流速测量系统特别是信号处理系统研究现状的基础上,开展激光多普勒流速测量信号处理系统的研究,进行硬件电路模块和软件模块的设计与仿真,完成了电路板的设计和调试,搭建了激光多普勒流速测试平台,完成了系统测量与分析。主要研究工作如下:（1）对比分析了三种常用的激光多普勒测速系统测量光路模式及典型的多普勒信号处理技术,设计了系统整体方案。（2）设计了硬件电路处理方案,完成了前置电流-电压转换电路、放大滤波电路等电路的设计与调试,实现了对散射光信号的采集。（3）设计了FFT+相位差校正算法的信号处理方案,使用FFT得到多普勒频移值,并使用相位差校正算法进行校正,完成了上位机软件设计,实现了对多普勒信号的实时数字处理和流速测量结果显示。（4）进行了流体中粒子跟随性仿真计算,探究了碳化硅示踪粒子与水流之间的速度关系,探究了不同直径的碳化硅示踪粒子和往水中加入不同总量的碳化硅示踪粒子对散射光信号的影响。（5）搭建了激光多普勒流速测试平台,完成了系统的测试与分析,在0.56～1.20m/s流速测量范围内,系统测量相对误差优于4%,线性度为0.99464,满足设计要求。
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