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1、光频率和波长检测系统第八章第1页，共19页，编辑于2022年，星期五8.1 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第2页，共19页，编辑于2022年，星期五激光多普勒测速的原理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（）。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
2、作为参考光束，频率为。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。参考光模式第3页，共19页，编辑于2022年，星期五设：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：第4页，共19页，编辑于2022年，星期五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。第5页，共19页，编辑于2022年，星期五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测量精度高第6页，共19页，编辑于2022年，星期五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
3、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、风洞和海流测量第7页，共19页，编辑于2022年，星期五8.2 双频激光测长仪第8页，共19页，编辑于2022年，星期五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 第9页，共19页，编辑于2022年，星期五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 不敏感第10页，共19页，编辑于2022年，星期五8.3 光电比色温度计n全辐射测温原理n光电比色测
4、温原理第11页，共19页，编辑于2022年，星期五 黑体辐射型n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。n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。n热物体在12波长范围内，传到光纤端部的辐射通量密度为：第12页，共19页，编辑于2022年，星期五莱曼效应型莱曼(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
5、的时间，就能确定其位置。第13页，共19页，编辑于2022年，星期五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第14页，共19页，编辑于2022年，星期五 荧光光纤温度传感器n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。第15页，共19页，编辑于2022年，星期五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。第16页，共19页，编辑于2022年，星期五功能型光纤温度测量系统框图第17页，共19页，编辑于2022年，星期五非功能型光纤辐射温度计第18页，共19页，编辑于2022年，星期五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误差，甚至无法正常工作的强电磁场范围内的目标物体进行温度测量。高压电器的温度测量。易燃易爆物的生产过程与设备的温度测量。高温介质的温度测量。第19页，共19页，编辑于2022年，星期五