光频率和波长检测系统第八章.ppt

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