Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
сть распределения в области ограниченной прямоугольником (пространственным фильтром) (рис. 2.8.).
Рис. 2.8. Пространственное дифракционное распределение
Пусть в начале системы координат Ox1y1z1 находится сферическая непрозрачная частица с диаметром D на много большим длины волны облучающих пучков. Если представить электрическое поле облучающих пучков в зоне измерения в единой системе координат и предположить, что угол между пучками ? мал, то результирующее дифрагированное поле, наблюдаемое вблизи оптической оси схемы в плоскости Ох0y0 , расположенное от зоны измерения на расстоянии R>>D, то можно определить на основе дифракционной теории в приближении Фраунгофера:
I(x) = ,
где функция Бесселя 1 - го рода 1 - го порядка
Функции Бесселя, обозначаемые символом Jv(x), представляют собой решения линейного дифференциального уравнения второго порядка, в которое входит один произвольный параметр v:
Параметр v называется индексом или порядком функции Бесселя Jv (x) и он может принимать как вещественные, так и комплексные значения. Функции Бесселя обычно возникают как решения для волнового уравнения, подчиненного цилиндрическим граничным условиям.
.1 Расчет состояний поляризации
Угол пересечения пучков:
? = 8deg = 0.14 (рад)
Расстояние от плоскости измерения до плоскости приема:
R = 210 (мм)
Интенсивность излучения:
Eo = 1
Длина волны излучения лазера:
? = 0.0007328 (мм)
Волновой вектор:
k = 2
Диаметр пучка в зоне измерения:
b0 = 0.1 (мм)
Диаметр частицы:
D = 0.05 (мм)
Сопротивление нагрузки ФЭУ:
Rn = 50 (Ом)
Заряд электрона:
e1 = 1.602191710-19 (Кл)
Частота излучения лазера:
, (мм/с)
Квантовая эффективность ФЭУ:
? = 0.2
- Коэффициент усиления ФЭУ:
M = 105
- Константы:
число ? = 3.142
постоянная Планка: h = 6.626196 10-34 (Дж)
скорость света: с = 3 1011 (мм/с)
- Координаты зоны измерения:
y=0, z = 0, m=10, n = 10
Расстояние между пучками в плоскости приема:
Si = 2,
= 14.685 (мм)
Период интерференционного поля:
(мм)
Основание функции Бесселя:
- Приращение точек в плоскости приема:
x0 = ,
y0 = ,
z0 =
- Координаты частицы в зоне измерения:
(мм)
(мм)
(мм)
Коэффициенты, отображающие составляющие функции Бесселя:
Первая часть зоны измерения (формула элипсоида):
Вторая часть зоны измерения:
,
Третья часть зоны измерения:
Четвертая часть зоны измерения:
.2 Расчет распределения интенсивности рассеянного излучения
Определяем интенсивность излучения в плоскости приема:
где r1 - радиус дифракции Фраунгофера от первого пучка
r2 - радиус дифракции Фраунгофера от второго пучка:
Рис. 2.9. Пространственное изображение интенсивности рассеянного излучения в плоскости приема
Рис. 2.10. Распределение интенсивности на пространственном фильтре установленном в плоскости приема
Пространственный фильтр является оптическим устройством, которое использует принципы оптики Фурье для изменения структуры луча когерентного света или других электромагнитных излучений . Пространственная фильтрация обычно используется, чтобы "очистить" выход из лазеров , удаление аберраций в пучке из-за несовершенства, грязной или поврежденной оптики, или из-за различий в лазерной среде собственного усиления.
Таким образом, используя пространственный фильтр получаем 100% глубину модуляции, потому что 100% сигнал можно выделить на фоне помех.
Распределение интенсивности в зоне измерения:
Рис. 2.11. Проекция интенсивности на плоскость ОХZ
Рис. 2.12. Проекция интенсивности на плоскость ОYZ
Длина волны излучения лазера - (мм)
Диаметр микрочастицы - (мм)
Период интерференционного поля - (мм)
2.3 Расчет сигнала на выходе фотоприемника
Угол пересечения пучков:
? = 8deg = 0.14 (рад)
Расстояние от плоскости измерения до плоскости приема:
R = 210 (мм)
Интенсивность излучения:
Eo = 1
Длина волны излучения лазера:
? = 0.0007328 (мм)
Волновой вектор:
k = 2 , k = 8.574
Диаметр пучка в зоне измерения:
b0 = 0.15 (мм)
Диаметр частицы:
D = 0.05 (мм)
Сопротивление нагрузки ФЭУ:
Rn = 50 (Ом)
Заряд электрона:
e1 = 1.602191710-19 (Кл)
Частота излучения лазера:
, (мм/с)
Квантовая эффективность ФЭУ:
? = 0.2
- Коэффициент усиления ФЭУ:
M = 105
- Константы:
число ? = 3.142
постоянная Планка: h = 6.626196 10-34 (Дж)
скорость света: с = 3 1011 (мм/с)
- Координаты зоны измерения:
y=0, z = 0, m=10, n = 10
Расстояние между пучками в плоскости приема:
Si = 2,
= 14.685 (мм)
Период интерференционного поля:
(мм)
Основание функции Бесселя:
Коэффициенты, отображающие составляющие функции Бесселя:
Координаты частицы в зоне измерения:
(мм)
(мм)
(мм)
- Интенсивность перераспределения:
, где
I1 = INT1, I2 = INT2, = INT3
Интенсивность 1-го пучка:
- Интенсивность 2-го пучка:
Средний квадрат поля рассеивания (корень из произведения 2-х интенсивностей пучков):
.4 Координаты зоны измерения
Диапазон значений координаты х частицы в зоне измерения:
- Интенсивность в зоне измерения:<