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文档简介
第八章 光频率与波长调制检测系统 n8.1 激光多普勒测速仪 n8.2 双频激光测长仪 n8.3 光电比色温度计 8.1 激光多普勒测速仪 n频率调制:运动物体的反射或散射光发生多普 勒频移而改变光的频率。 n光外差检测:可见光的频率很高( Hz),一般光电器件不能响应,也就无法直接 检测多普勒频移因此,需要光外差的方法: 同一光源的两束相干光以一定的条件投射到光 电探测器表面进行混频,就能在输出的电信号 中得到两束光的差频 激光多普勒测速的原理 n激光束经分光镜分成两束,一束 经透镜会聚测点,被该处正以速 度V运动的微粒向四面八方散射, 散射光发生了频移,频率为( )。 n另一束经滤光片衰减后也由透镜 会聚于测点,有一部分穿越测点 作为参考光束,频率为。 n进入光阑由透镜会聚到光电倍增 管的光电阴极上的有两束频率相 近的光,发生干涉。 参考光模式 设:两光束的夹角为,光波波长为,则 干涉条纹的间距为: 干涉条纹的空间频率为: n若粒子运动的速度为,运动的方向与条纹垂线 的夹角为,则粒子散射光的频率为: n只要测出散射光的频率,就可以得到粒子的速度 。 激光多普勒测速的特点 n动态响应快 n空间分辨率高 n流速测量范围宽 n测量精度高 激光多普勒测速的应用 n管道内水流流层研究; n流速分布亚音速或超音速气流旋流 的测量 n大气远距离测量; n风速测量 n可燃气体火焰的流体力学研究; n水洞、风洞和海流测量 8.2 双频激光测长仪 双频激光测长仪原理 n双频激光(频差很小f2f1=1MHz,分别为左旋 和右旋光) c2记得 f2-f1f c1记得 f2-f1 减法器得f 累加 双频测长仪与单频测长仪的比较 单频 双频 n 检测参数不同 相位差 频差 n 信号不同 直流 交流 n 对震动 敏感 不敏感 8.3 光电比色温度计 n全辐射测温原理 n光电比色测温原理 黑体辐射型 工作原理是基于光纤芯线受热产生黑体辐射 现象来测量被测物体内热点的温度。 光纤温度传感器的热辐射能量取决于光纤温 度、发射率与光谱范围。 热物体在12波长范围内,传到光纤端部的 辐射通量密度为: 莱曼效应型 莱曼(Raman)效应是一种利用光纤材 料内分子相互作用调制光线的非线性 散射效应。 这种散射光的波长会在两个方向上变 化,即长波方向(称Stockes线)和短波 方向(称为反Stockes线)。 Stockes辐射强度与反Stockes辐射强度 之比为热力学温度的函数,可用来测 定热点的温度;再测量光波传输的时 间,就能确定其位置。 非功能型光纤温度传感器 荧光光纤温度传感器 光纤辐射型温度传感装置 荧光光纤温度传感器 荧光光纤温度传感器的工作原理是利用荧光材 料的荧光强度随温度而变化,或荧光强度的衰 变速度随温度而变化的特性,前者称荧光强度 型,后者称荧光余辉型。其结构是在光纤头部 粘接荧光材料,用紫外光进行激励,荧光材料 将会发出荧光,检测荧光强度就可以检测温度 。荧光强度型传感器的测温范围为-50200 ;荧光余辉型温度传感器的测温范围为- 50250。 光纤辐射型温度传感装置 光纤辐射型温度传感装置的工作原理和普通的 辐射测温仪表类似,它可以接近或接触目标进 行测温。目前,因受光纤传输能力的限制,其 工作波长一般为短波,采用亮度法或比色法测 量。 功能型光纤温度测量系统框图 非功能型光纤辐射温度计 光纤测温技术及其应用 对采用普通测温仪表可能造成较大测量
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