Составители:
Рубрика:
Федосов И.В.
85
В лазерной доплеровской анемометрии для измерения скорости движения
рассеивающих объектов часто находит применение дифференциальная схема,
показанная на рис. 2. Излучение лазера
1
разделяется на два взаимно когерент-
ных пучка с помощью специализированной оптической системы
4
. В области
пересечения лазерных пучков, называемой измерительным объемом, движу-
щаяся частица освещается одновременно двумя пучками. Поле рассеянного из-
лучения регистрируется фотоприемником
3
в произвольном направлении.
Пусть
ω
1
, k
1,
ω
2
,
k
2
, частоты и волновые вектора первого и второго пучков соот-
ветственно. Тогда частоты рассеянного на частице в направлении фотодетекто-
ра излучения каждого из пучков можно определить, используя (11):
ukk
)(
1111
−
−=
ss
ω
ω
;
ukk
)(
2222
−
−
=
ss
ω
ω
(13)
где
k
s1,
k
s2
– волновые векторы рассеянного поля для первого и второго пучков.
Так как излучение, рассеянное на частице, регистрируется в одном направле-
нии, а разность частот мала по сравнению с частотой оптического излучения, то
для разности частот рассеянного излучения первого и второго пучков можно
записать:
Ku
−
Ω
=
−
=
122112 ssd
ω
ω
ω
, (14)
где
Ω
12
=
ω
1
-
ω
2
– разность частот падающих на частицу лазерных пучков,
K
=
k
1
–
k
2
,
u
– скорость движения частицы. При освещении движущейся частицы
двумя падающими под разными углами лазерными пучками, частота доплеров-
ского сдвига не зависит от направления регистрации рассеянного излучения. В
случае, когда частоты зондирующих пучков одинаковы, то есть
ω
1
=
ω
2
, модуль
разности волновых векторов равен:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
2
sin
4
α
λ
π
n
K
. (15)
Детектирование доплеровского сдвига частоты фотоприемником
Чтобы получить информацию о движении исследуемого объекта, необхо-
димо измерить величину доплеровского сдвига частоты рассеянного излучения.
Оценим величину доплеровского сдвига частоты оптического излучения. Пусть
исследуемый объект представляет собой частицу, движущуюся в потоке воды
u
=
10 мм/с. Частица облучается излучением красного He-Ne лазера, с длиной
волны
λ
= 633 нм, а показатель преломления воды равен
n =
1.33. Согласно
формуле (10), наибольший доплеровский сдвиг частоты будет иметь место в
случае, когда
θ
=
π
, а
ϕ
= 0, то есть когда свет отражается от частицы в направ-
лении, противоположном направлению падающей волны, а направление дви-
жения частицы совпадает с направлением падающей волны. Величина ДСЧ в
этом случае
f
D
= 4,4
×
10
4
Гц. А частота колебаний световой волны длиной 633
нм составляет
f
0
= c/λ
= 5
×
10
14
Гц. То есть, вследствие эффекта Доплера часто-
та зондирующего лазерного излучения изменится всего на одну десятимилли-
ардную часть!
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 84
- 85
- 86
- 87
- 88
- …
- следующая ›
- последняя »
