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:<