频率调制在流速检测中的应用

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1、频率调制在流速检测中的应用摘要：本文主要介绍了在光纤传感器技术中，通过对频率调制来实现物体流速检测的设计原理、实现方法和研究现状。关键词：光纤光纤传感器频率调制多普勒频移应用实例ApplicationofthefrequencymodulationininvelocitymeasurementWangYanqian(ShanghaiSecondPolytechnicUniversity201209)AbstractInthispaper,itismainillustratedthatthedesignideaandtherealiz

2、ationmethodfortheapplicationofthefrequencymodulationininvelocitymeasurement.Meamwhile,sometypicalexamplesareintroduced.Wecanknowthenewestdevelopmentthroughthisarticle.KeyWordsOpticFiberFOSFiberOpticalSensorFrequencyModulationDopplerFrequency-shiftApplicationExample1.引言

3、流速是工业生产过程、能源计量、环境保护、交通运输、生物技术、军事工程和科学研究等领域中经常需要测量的三大参数之一。由于流速测量中被测介质种类繁多、介质的物理化学性质极其复杂、流动状态多种多样、现场工作条件恶劣等，出现了各种各样的流速测量仪表，据统计，目前正在使用的流量计已超过了100种，这些流速计的测量原理和测量方法各有其优缺点。近年来，光纤流速计因其独特的优点而受到人们的广泛关注。光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一门新技术,它是伴随着光纤及光通信技术的发展而逐步形成的。光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列优点，如不受

4、电磁干扰,体积小,重量轻,可挠曲,灵敏度高,耐腐蚀,电绝缘、防爆性好,易与微机连接,便于遥测等。它能用于温度、压力、应变、位移、速度、加速度、磁、电、声和PH值等各种物理量的测量,具有极为广泛的应用前景。本文就光纤传感器技术中,频率调制在流速检测中的应用进行了总结与探讨,以便能更好的了解和掌握光纤传感器技术。2.光纤在传感器中的作用2.1功能型（全光纤型）光纤传感器光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高，典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。2.2非功能

5、型（或称传光型）光纤传感器光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。优点：无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。缺点：灵敏度较低。实用化的大都是非功能型的光纤传感器。2.3拾光型光纤传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。典型例子：光纤激光多普勒速度计辐射式光纤温度传感器图1光纤在传感器中的作用示意图3.光调制技术按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制和波长调制等。在这里，本文主要介绍频率调制技术。3.1频率调制光纤传感器中的频率调制就是利用外界

6、因素改变光纤中的光频率，通过测量光的频率的变化来测量外界被测参数，光的频率调制是由多普勒效应引起的。所谓多普勒效应，简单地讲，即是光的频率与光接受器和光源之间的运动状态有关，当它们之间是相对静止时，接收到的光频率为光的震荡频率；当它们之间有相对运动时，接收到的光频率与其震荡频率发生了频移。频移的大小与相对运动速度的大小和方向都有关，我们测量这个频移就能测量到物体的运动速度。3.1.1光学多普勒频移原理从物理学知．光学中的多普勒现象是指由于观察者和目标的相对运动、使观察者接收到的光波频率产生变化的现象。如一频率为f的静止光源入射到速度

7、为v的运动物体上时，从运动物体上观测的频率来看，有：多普勒频移基本公式其中c为真空中光速，θ为物体至光源方向与物体运动方向之间的夹角。但是．一般最关心的还是运动物体所散射的光的频移,而光源与观察者则是相对静止的。对于这种情况．可以作为一个双重多普勒频移来考虑。即先考虑从光源到运动物体．然后再考虑从运动物体到观察者。双重多普勒频移：物体P相对于光源S运动时，在P点观察到的光频率f1为：f1=f[1-(v/c)2]1/2[1-(v/c)cosθ1]频率f1的光通过物体P产生散射，在Q处所观察到的光频率f2为：f2=f1[1-(v/c)2

8、]1/2[1-(v/c)cosθ2]联立，并考虑到v<