CC BY
7
1. Бова //. Т., Лайхтман И. Б. Измерение параметров полноводных элементов. Киев, Техника, 1968. 158 с. 2. Бушминский И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. М., Высшая школа, 1974, 304 с. 3. Торгованов Б. А. — Зарубежная радиоэлектроника, 1974, №12, с. 20—46. А. Шнейдерман И. Л.—Зарубежная радиоэлектроника, 1975, №3, с. 71—92.
Поступила в редколлегию 18.06.81
УДК 621.373.826:62
Я. Ф. БОГОМОЛОВ, асп.
ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ДОППЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ С ФОРМИРУЮЩЕЙ ОПТИКОЙ
Недостатком описанных в литературе [1, 3] волоконных лазерных допплеровских измерителей скорости (ЛДИС) можно считать большие углы расходимости зондирующего излучения, определяемые числовой апертурой световода. В работе рассмотрена возможность улучшения характеристик волоконного ЛДИС при применении формирующей оптики на торцах световода.
Принцип работы ЛДИС основан на измерении сдвига частоты (частота Допплера) при облучении движущихся микрообъектов. Для волоконной схемы ЛДИС с одним световодом (как и для обычных схем, работающих на обратном рассеянии) зондирующее и рассеянное излучения имеют противоположные направления: Ki = —Ks. Следует отметить, что апертурные характеристики световода в значительной степени определяют параметры волоконной схемы ЛДИС. Так, числовая апертура световода NA (NA — = sin 8rrt = Yri\ — n% где еж — максимально допустимый угол ввода излучения в волокно; n¡ и п2 — показатели преломления соответственно сердцевины и оболочки) влияет на величину вводимой в световод мощности излучения, т. е. в конечном счете на уровень выходного сигнала. Введенная в световод мощность определяется по формуле
Рсв = 2л5л ( Б (в) sin 0dO. где 5Л — площадь поперечного сечения о
лазерного луча; В (0) — распределение яркости по сечению лазерного луча.
Для исследования влияния числовой апертуры на ширину спектра выходного сигнала собрана лабораторная установка од-иоволоконного ЛДИС [2]. Схема состоит из лазера (ЛГ-38), работающего в одномодовом режиме на длине волны Х=0,63 мкм, оптической части и аппаратуры обработки информации. Излучение лазера 1 через зеркало с отверстием на оси 2 с помощью фокусирующего объектива 3 вводилось в световод 4, выходной конец которого помещен в измерительный объем. Рассеянное движущимися частицами излучение через тот же световод попадало на зеркало и направлялось им на фотоприемник, состоящий из фокусирующей оптики 5 и фотоумножителя 6 (ФЭУ-79).
f
О
Установка испытывалась при измерении скорости воды со взвешенными частичками полистирола диаметром 1 мкм и концентрацией 1 : 50 ООО. Схема надежно работала при длине световода 200 м, диапазон измеряемых скоростей .составил 0,1— 10 м/с. Наблюдения допплеровского сигнала проводились на
0,05О 20 10 60 ' V 00 Ы°
Зависимость ширины спектра выходного сигнала от ориентации световода
спектроанализаторе С4-25, измерения ширины спектра — селективным вольтметром В6-1, а регистрация — самопишущим мостом Н-306. При использовании в схеме световода с плоским торцом относительная ширина допплеровского сигнала составляла А///д=0,24, а с микролинзой, которая уменьшила выходную апертуру световода в 1,7 раза, — 0,091.
Исследование влияния ориентации световода относительно вектора скорости на ширину спектра сигнала проводилось на диске из оргстекла с известным распределением рассеивающих центров. На рисунке приведены результаты эксперимента (кривая 1— световод с плоским торцом, кривая 2 — световод с микролинзой). Угол а отсчитывался от плоскости диска.
Приведенные результаты показали, что, изменяя с помощью формирующей оптики апертуриый угол излучения световода, можно уменьшить ширину спектра сигнала, т. е. повысить точность измерений.
1. Богомолов И. Ф., Хотяинцев С. Н. Возможности применения лазерных донплеровских анемометров с вол окон но-опт ячеек и ми трактами в медицине.— В кн.: Применение средств и методов лазерной техники в биологии и медицине. Киев, Наукова думка, 1981, с. 257—258. 2. Богомолов Н. Ф., Хотяинцев С. Н., Яровой Л. К. Применение волоконных световодов в трактах ЛДИС.— В кн.: Лазерная допплеровская анемометрия и ее применение. Новосибирск, 1980, с. 13— 17. 3. Пат. США № 4154529, 1978.
Поступила в редколлегию 19.06.81
