【正文】 特點(diǎn)： 非接觸測(cè)量，精度高，用于生物、血管中血流速測(cè)量。 ?b? 頻率跟蹤法： 混頻器 差頻 中頻放大 鑒頻器 誤差電壓 壓控振蕩器改變 fL 外差信號(hào) VLL的差頻頻率 f0經(jīng)過(guò)中頻放大器放大，輸出信號(hào)到頻率鑒別器。 由于 f0已知， fL可由掃描曲線得到，因而可計(jì)算得到 fS，再由 得到速度 v。 掃描電壓由低到高變化時(shí)，壓控振蕩器的頻率從低到高變化， 其變化與外加電壓呈線性關(guān)系。 2c o s s in c o s2sf f v v????? ? ? ??a? 頻譜分析法： 光電倍增管輸出信號(hào)經(jīng)濾波后為： 本地振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)為： 外差振蕩信號(hào)： 差頻信號(hào)分量為： ? ? ? ?c o s 2s s s sV t V f t????? ? ? ?c o s 2L L L LV t V f t????? ? ? ? ? ? ? ?22c o s 2 c o s 2s L s s s L L LV t V t V f t V f t? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?c o s 2S L s L L s L sV t V V f f t? ? ?? ? ? ????? 將此差頻信號(hào)放入中頻放大器。包絡(luò)的幅度不包括速度信息，反映速度信息的是包絡(luò)的頻率。干涉條紋間距為 : 12 si n2i ????干涉條紋的空間頻率（單位長(zhǎng)度內(nèi)條紋明暗對(duì)數(shù)）為： 當(dāng)散射粒子在平行干涉條紋的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，散射的光波強(qiáng)度隨干涉場(chǎng)及流速面變化，若顆粒運(yùn)動(dòng)速度為 υ，運(yùn)動(dòng)方向與條紋垂線的夾角為 β（如圖），則顆粒散射的光強(qiáng)頻率為： ? ?2 si n1 2fi????2c o s s in c o s2sf f v v????? ? ? ?如果粒子運(yùn)動(dòng)方向與干涉場(chǎng)垂直時(shí)，？？？ ② 輸出波形分析 在光電倍增管上接收到的輸出信號(hào)是一種包絡(luò)波形，包絡(luò)與光強(qiáng)分布及粒子大小有關(guān)。 激光測(cè)速的最主要的優(yōu)點(diǎn)是 : 對(duì)流動(dòng)沒(méi)有任何擾動(dòng)，測(cè)量的精度高，測(cè)速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度，壓力沒(méi)有關(guān)系，是目前世界上速度測(cè)量精度最高的儀器。 激光測(cè)速的原理是： 測(cè)量通過(guò)激光束的示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。 原理：穩(wěn)頻控制信號(hào)取自視頻信號(hào)，鑒頻器 17輸出信號(hào)，經(jīng)頻率跟蹤濾波器 18濾波放大后，控制壓電陶瓷，改變諧振腔腔長(zhǎng)，使激光頻率穩(wěn)定。 穩(wěn)頻原理： 發(fā)射波長(zhǎng)偏離標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，輸出光通量發(fā)生變化，經(jīng)濾光片 3，探測(cè)器 4轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出電壓變化，諧放后送至自動(dòng)頻率跟蹤放大器，壓電陶瓷使腔長(zhǎng)伸縮，改變發(fā)射頻率。 判向計(jì)數(shù)： 正向移動(dòng)： 正向： 1 3 2 4 同理可得 反向： 1 4 2 3 位移長(zhǎng)度為： 8LN??2 光外差通信 光外差通信基本上都是采用 CO2激光器做光源，因?yàn)槠浒l(fā)射波長(zhǎng) 。這兩路信號(hào)經(jīng)放大、整形、倒相變成四路方波信號(hào)，再經(jīng)過(guò)微分電路，得到四個(gè)相位依次相差 π /2的脈沖。當(dāng)測(cè)量鏡正向移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的脈沖為加脈沖；反之為減脈沖 。單純計(jì)數(shù)，測(cè)量結(jié)果是正反移動(dòng)的總和。 測(cè)量光束 2和參考光束 1相互疊加干涉形成干涉信號(hào)。 ① 激光干涉測(cè)長(zhǎng)的基本原理 系統(tǒng)組成： (a)激光光源 HeNe氣體激光器，頻寬達(dá) 103Hz， 相干長(zhǎng)度可達(dá) 300km (b)干涉系統(tǒng) 邁克爾遜干涉原理，位移 測(cè)量臂； (c)光電顯微鏡 給出起始位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)長(zhǎng)度或位移的精密瞄準(zhǔn)，使干涉儀的干涉信號(hào)處理部分和被測(cè)量之間實(shí)現(xiàn)同步。 干涉條紋是由干涉場(chǎng)上光程差相同的場(chǎng)點(diǎn)的軌跡形成。 干涉測(cè)量基本原理：改變干涉儀中傳輸光的光程而引起對(duì)光的相位調(diào)制，從而表現(xiàn)為對(duì)光強(qiáng)的調(diào)制。 根據(jù)測(cè)量對(duì)象和測(cè)量要求的不同而各有不同的組合，并由此形成了各種結(jié)構(gòu)形式的干涉儀。 五 光電直接檢測(cè)系統(tǒng)舉例 1 干涉測(cè)量技術(shù) 應(yīng)用光的干涉效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的方法稱(chēng)為干涉測(cè)量技術(shù)。 FP腔穩(wěn)頻、鎖模穩(wěn)頻、飽和吸收穩(wěn)頻等．．． ③ 大氣湍流對(duì)外差探測(cè)的影響 大氣湍流是一種隨機(jī)現(xiàn)象，既反映在空間變量上，又反映在時(shí)間變量上。因?yàn)?，如果信?hào)光頻率和本振光頻率相對(duì)漂移很大，兩者頻率之差就有可能大大超過(guò)中頻帶寬，導(dǎo)致光探測(cè)器之后的前置放大、中頻放大電路對(duì)中頻信號(hào)不能正常放大。 由于原子激發(fā)態(tài)總有一定的能級(jí)寬度及其它原因，光譜線總有一定的寬度 Δ?。系統(tǒng)的視場(chǎng)角 θ r 為： f是透鏡的焦距， Dp 是探測(cè)器光敏面直徑 prDf? ?故 2. 44pd d re ff r rpDD D DDDD f f????? ? ?????解得： 2 .4 4 2 .4 4 pre ff d rDD D D?????而有效孔徑 Deff為： de ff rpDDDD???????可通過(guò)增大透鏡孔徑 Dr來(lái)增大有效孔徑 Deff ，但 透鏡孔徑 Dr與衍射光斑直徑 Dd有關(guān)，衍射光斑直徑為： 4drfDD??舉例 : λL=，檢測(cè)器光敏面 Dp = ，所采用會(huì)聚透鏡的 通光孔徑 Dr=10cm， f = 50cm，求 θr 多大？ prDf? ?② 光外差檢測(cè)的頻率條件 光外差檢測(cè)除了要求信號(hào)光和本振光必須保持空間準(zhǔn)直以外，還要求兩者具有高度的 單色性 和 頻率穩(wěn)定度 。失配角可由系統(tǒng)的視場(chǎng)角 θ r 來(lái)決定。 解決辦法：采用聚焦透鏡降低空間準(zhǔn)直要求。外差探測(cè)具有很好的空間濾波性能。 舉例 : λL=，檢測(cè)器光敏面 ，求 θ 多大？ a r c si n sd?? ???????= 可見(jiàn)：要形成強(qiáng)的差頻信號(hào)，對(duì)信號(hào)光束和本振光束的空間準(zhǔn)直要求很?chē)?yán)格。所以在紅外波段光外差探測(cè)比可見(jiàn)光波段有利得多 。 由此可見(jiàn)，光外差探測(cè)的空間準(zhǔn)直要求十分苛刻。 但是實(shí)際中 θ角很難調(diào)整到零。于是信號(hào)光電場(chǎng)可重寫(xiě)為： ? ? c o s SS S S SXE t A t xV?????? ? ?????S xxKV? ?s i nSxK K s i n c??????? ???? sinx cV ??? ? 2 s i nc o sS S S SSE t A t x???????? ? ?????入射到光電探測(cè)器光敏面的總電場(chǎng)為 ： ? ? ? ? ? ?SLE t E t E t??光探測(cè)器輸出的瞬時(shí)光電流為 ： ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ?222222222 2 2 22222 sinc os c os2 sinc os c os2 sinc os2 sinc osddp S s s L L LsddddS s s L L LsddS L L S L SSS L L S L SSMI A t x A t dx dydMA t x A tdA A t xA A t x? ? ?? ? ? ??? ? ?? ? ? ????? ? ? ????? ? ? ??????????? ? ? ? ?????????? ???? ? ? ? ????? ?????? ? ? ? ?????? ? ? ? ?????dx dy??? ??????? ?于是經(jīng)中頻濾波器后輸出的瞬時(shí)中頻電流為： ? ? ? ?/ 2 / 22/ 2 / 22 sinc o