Лазерный измеритель параметров дождевых капель, работающий в проходящем свете
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
-устройство обработки
Источником оптического излучения является полупроводниковый лазер (лазерный диод IDL 10), излучающий с длиной волны ? = 0, 645 мкм (видимый диапазон). Выбор полупроводникового лазера в качестве источника излучения обусловлен высокой энергетической яркостью лазерного излучения, за счет чего увеличивается чувствительность прибора. Лазерное излучение проходит через коллиматор, на выходе из которого превращается в пучок с волновым фронтом, который можно считать плоским. Наличие плоского волнового фронта необходимо для нормальной работы, стоящего следующим акустооптического модулятора (АОМ). АОМ представляет собой акустооптический кристалл, с напыленным пьезопреобразователем, на который подается амплитудномодулированный сигнал частотой . Вследствие чего в АОМ образуется дифракционная решетка. При прохождении сквозь кристалл свет дифрагирует и на выходе мы получаем интерференционную картину. Период интерференционной картины определяется соотношением [1]:
;(1.1)
Основная часть от падающей в АОМ энергии дифрагирует в +1 порядок при соблюдении условия Брэгга - Вульфа (излучение других длин волн рассеивается более или менее равномерно по всем направлениям, давая лишь общий фон). АОМ Брэгга показан на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 Схема акустооптического модулятора Брэгга
Для модулятора Брэгга угол падения лазерного луча должен равняться углу Брэгга ?Б, который определяется соотношением [1]:
,(1.2)
где ? - длина волны луча внутри материала модулятора; ? - период дифракционной решетки АОМ.
После модулятора лазерный луч сужается телескопической цилиндрической системой и попадает на поглощающий экран. Пролетая через луч, капля отклоняет, что приводит к изменению величины потока света на фотоприемнике. Это изменение регистрируется фотодиодом и преобразуется в электрический сигнал.
1.2 Габаритный расчет
В качестве источника излучения используется лазерный диод IDL 10 - с мощностью излучения 20 мВт, длиной волны излучения ? = 0,645 мкм.
Рисунок 1.3 Оптическая схема
1- полупроводниковый лазер
- коллиматор
-акустооптический модулятор
- оптическая система
- исследуемый образец (дождевая капля)
-объектив
- фотоприемник
На входе имеем прямоугольный пучок 2х5мм. С помощью цилиндрических линз необходимо получить пучок 0.5х15мм. Первая телескопическая система состоит из сферической и цилиндрической линзы. Диаметр входного зрачка возьмем равным 5мм, а выходного 20 мм. Заднее фокусное расстояние первой линзы примем равным 40мм.
Размер пучка на входе первой телескопической системы равен 5мм, а на выходе 8 мм.
Отсюда найдем видимое увеличение системы.
;( 1.3)
мм
Зная увеличение системы и фокусное расстояние первой линзы можно найти фокусное расстояние второй линзы:
;(1.4)
мм
Вторая телескопическая система состоит из сферической и цилиндрической линзы. Диаметр входного зрачка возьмем равным 2мм, а выходного 0.5 мм. заднее фокусное расстояние первой линзы примем равным 20мм.
Размер пучка на входе первой телескопической системы равен 2мм, а на выходе 0,5мм. Отсюда по формуле ( 3.1) найдем видимое увеличение системы.
Зная увеличение системы и фокусное расстояние первой линзы можно найти фокусное расстояние второй линзы:
;(1.5)
мм
Реальная система
Для сферической линзы имеем:
мм =40мм
Радиусы линзы находим из выражения (1.4) по [2]:
;(1.6)
Для линзы принимаем , и формула (1.6) принимает вид (1.7):
; (1.7)
; (1.8)
где, t - толщина линзы по краю
После преобразований получим систему из двух уравнений, решая которую найдем радиусы кривизны поверхностей линзы:
; (1.9)
Отсюда = 40,86мм, =-40,86мм, =1,5мм
Определим переднее вершинное фокусное расстояние сферической линзы SF
;(1.10)
; (1.11)
Рассчитаем первую цилиндрическую линзу.
=160мм =10мм
Для упрощения расчетов возьмем плоско-выпуклую линзу и рассчитаем для нее радиусы кривизны Rл1.ц. и Rл2.ц.
;
< 0.
;(1.12)
;(1.13)
где - показатель преломления (для простоты расчетов возьмем ).
Найдем конструктивные параметры 1-ой цилиндрической линзы (толщины линзы по оси и толщины линзы по краю).
; (1.14)
слишком мало и им можно пренебречь, тогда получим:
;(1.15)
где - стрелка по оси, - световой диаметр линзы, - радиус кривизны линзы.
; (1.16)
где - толщина линзы по оси, - толщина линзы по краю.
мм
мм
Определим переднее вершинное фокусное расстояние 1-линзы SF по формуле (1.10)
;
;
Рассчитаем 2-ую цилиндрическую линзу:
=10мм =7мм
Для упрощения расчетов возьмем плоско-выпуклую линзу и рассчитаем для нее радиусы кривизны Rл1.ц. и Rл2.ц.
;
< 0.
; (1.17)
; (1.18)
где - показатель преломления (для простоты расчетов возьмем ).
мм
Найдем конструктивные параметры 2-ой цилиндрической линзы (толщины линзы по оси и толщины линзы по краю).
;(1.19)
где - стрелка по оси, - световой диаметр линзы, - радиус кривизны линзы.
,
где - толщина линзы по оси, - толщина линзы по краю.
мм
Определи?/p>