一种全光纤动态绝对距离测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种全光纤动态绝对距离测量装置，包括光纤飞秒激光器、第一光纤滤波器、三端口光纤环形器、第一光纤、光纤探头、待测客体、第二光纤滤波器、第二光纤、光纤放大器、光电探测器、示波器和计算机。入射激光在光纤探头端面的菲涅尔反射光作为干涉的参考光，其余入射激光通过光纤探头照射到待测客体之上，光纤探头同时接收从待测客体反射回的光，作为干涉的信号光，这两束光干涉之后，由光电探测器转换为电信号并由示波器记录，通过计算机处理记录的信号得到待测客体与光纤探头端面之间的距离。本实用新型专利技术采用全光纤、共轴式光路结构设计，大大降低了装置的调试、操作难度，有利于装置及方法的推广使用，同时提高了装置的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤动态绝对距离测量装置
本技术涉及距离测量领域，尤其涉及一种全光纤动态绝对距离测量装置。
技术介绍
在复杂冲击加载实验研究中，精确知道待测客体的位置信息及其随时间的演化规律，可以检验冲击动力学中物理模型的准确性。以任意表面速度干涉仪(VelocityInterferometerSystemforAnyReflector,VISAR)和任意表面位移干涉仪(DisplacementInterferometerSystemforAnyReflector，DISAR；DopplerPinsSystem,DPS)为代表的波剖面测试技术的专利技术与应用，是冲击波物理与爆轰物理研究领域的重大突破，在材料的高压物理性质实验研究中发挥了巨大的作用。但是，速度干涉仪或者位移干涉仪都只能给出待测客体沿探头方向的速度分量，而在复杂冲击加载实验中，待测客体相对于探头方向通常存在横向运动，并且在加载过程中还可能有新的待测客体进入探头的视场范围之内，因此，通过对速度测量结果直接进行积分而获取的待测客体的位置信息，与其真实位置可能会存在较大的差异，这种差异将会影响对实验数据的正确解读并误导物理模型的建立。目前，超快冲击动力学过程中常用的位置信息测量技术主要有X光或可见光照相、光/电探针等技术，但是这几种技术都只能给出待测客体在几个离散时刻的位置信息，并不能得到待测客体在整个加载过程中位置信息随时间的连续变化过程。航空发动机转静结构部件之间的间隙(例如，叶尖间隙、轴向间隙和篦齿封严间隙)是影响航空发动机性能的主要因素之一。例如，叶尖间隙(即叶片顶端与机匣之间的距离)过大，会增加气流泄露，造成增压比下降、喘振裕度降低，使得发动机油耗增加，对应飞机的航程减小；叶尖间隙过小，叶尖与机匣之间易发生摩擦，导致零部件损坏，从而影响发动机的安全。因此，控制各种间隙的最佳值，对提高发动机的性能，保证飞行安全是至关重要的。但是，现有的电容法、电涡流法、光纤法以及光导探针法等间隙测量技术，在测量精度、空间分辨率、耐高温特性以及结构尺寸等方面还不能完全满足发动机转静结构部件之间间隙测量的要求。
技术实现思路
本技术的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种全光纤动态绝对距离测量装置，是一种非接触式动态绝对距离精密测量装置，具备百毫米的测量量程、微米级的距离分辨率和10ns级的时间分辨率，能够测量超快冲击动力学过程中待测客体与光纤探头端面之间的绝对距离；同时，配合耐高温光纤探头的使用，该装置还可以用于航空发动机转静结构部件之间的间隙测量。本技术提供的一种全光纤动态绝对距离测量装置，包括：光纤飞秒激光器，用于发出飞秒脉冲激光；第一光纤滤波器，用于对飞秒激光脉冲进行整形，并选择需要的中心波长和谱线宽度；三端口光纤环形器，用于通过三端口光纤环形器的端口Ⅰ，将第一光纤滤波器输出的飞秒脉冲激光，从三端口光纤环形器的端口Ⅱ输出；第一光纤，用于将三端口光纤环形器的端口Ⅱ输出的飞秒激光脉冲传输到待测客体附近；光纤探头，用于将飞秒脉冲激光照射到待测客体上，飞秒脉冲激光在光纤探头端面因菲涅尔反射形成的光作为干涉的参考光，从待测客体表面反射并被光纤探头收集的光，作为干涉的信号光；第二光纤滤波器，用于将光纤探头接收并从三端口光纤环形器的端口Ⅲ输出的光进行滤波；第二光纤，用于利用光纤的色散效应，对光纤探头端面反射产生的飞秒激光脉冲和光纤探头接收的从待测客体反射的飞秒激光脉冲进行色散展宽；光纤放大器，用于对经过第二光纤传输的两束飞秒激光脉冲进行光强放大；光电探测器，用于对两束飞秒激光脉冲的干涉信号进行光电转换；示波器，用于对光电探测器输出的电信号进行记录；计算机，用于对示波器记录的信号进行数据处理，得到待测客体与光纤探头端面之间的距离。进一步，光电探测器和示波器之间通过电缆连接，示波器和计算机之间通过网线连接，其余元器件之间通过光纤法兰盘或者熔接方式连接。进一步，光纤探头是一根平头石英光纤或者是带有透镜的光纤准直器。进一步，第一光纤滤波器为可调谐宽带光纤滤波器，光纤放大器为掺铒光纤放大器。与现有技术相比，本技术提供的测量装置，由于参考光和信号光分别来自于光纤探头端面的菲涅尔反射和待测客体的反射，二者是共轴的，从而提高了装置的可靠性以及环境抗干扰能力，并且使得装置免调试。且通过计算机处理示波器记录的实验信号，可以直接得到待测客体与光纤端面之间的绝对距离，飞秒激光器每发出一个激光脉冲对应完成一次绝对距离的测量，因此该装置的时间分辨率由飞秒脉冲激光器的重频决定，可以达到10ns，可以用于冲击加载等超快过程中的实验测量。此外，配合使用耐高温光纤探头，该装置可以用于发动机转静结构部件之间的间隙测量。附图说明图1为本专利技术实施例的全光纤动态绝对距离测量装置示意图。附图标记：1-光纤飞秒激光器，2-第一光纤滤波器，3-三端口光纤环形器，4-第一光纤，5-光纤探头，6-待测客体，7-第二光纤滤波器，8-第二光纤，9-光纤放大器，10-光电探测器，11-示波器，12-计算机。具体实施方式下面结合附图，对本技术作详细的说明。为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术的全光纤动态绝对距离测量装置包括：光纤飞秒激光器1、第一光纤滤波器2、三端口光纤环形器3、第一光纤4、光纤探头5、待测客体6、第二光纤滤波器7、第二光纤8、光纤放大器9、光电探测器10、示波器11和计算机12。优选地，第一光纤滤波器2为可调谐宽带光纤滤波器，光纤放大器9为掺铒光纤放大器。光电探测器10和示波器11之间通过电缆连接，示波器11和计算机12之间通过网线连接，其余元器件之间依次通过光纤法兰盘或者熔接方式连接，激光全部在光纤内部传播。光纤探头5可以是一根平头石英光纤，也可以是带有透镜的光纤准直器。入射激光在光纤探头5端面的菲涅尔反射光作为干涉的参考光，其余入射激光通过光纤探头5照射到待测客体6之上，光纤探头5同时接收从待测客体6反射回的光，作为干涉的信号光，这两束光干涉之后，由光电探测器10转换为电信号并由示波器11记录，通过计算机12处理记录的信号得到待测客体6与光纤探头5端面之间的距离。各器件的介绍如下。光纤飞秒激光器1，发出飞秒脉冲激光；第一光纤滤波器2，对飞秒激光脉冲进行整形，并选择需要的中心波长和谱线宽度；三端口光纤环形器3，通过三端口光纤环形器3的端口Ⅰ，将第一光纤滤波器2输出的飞秒脉冲激光，从三端口光纤环形器3的端口Ⅱ输出；第一光纤4，将光纤环形器3的端口Ⅱ输出的飞秒激光脉冲传输到待测客体6附近；光纤探头5，将飞秒脉冲激光照射到待测客体6上，飞秒脉冲激光在光纤探头5端面因菲涅尔反射形成的光作为干涉的参考光，从待测客体6表面反射并被光纤探头5收集的光，作为干涉的信号光；待测客体6，待研究的客体；第二光纤滤波器7，将光纤探头接收并从三端口光纤环形器3的端口Ⅲ输出的光进行滤波；第二光纤8，利用光纤的色散效应，对光纤探头5端面反射产生的飞秒激光脉冲和光纤探头5接收的、从待测客体6反射的飞秒激光脉冲进行色散展宽；光纤放大器9，对经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光纤动态绝对距离测量装置，其特征在于，包括：光纤飞秒激光器，用于发出飞秒脉冲激光；第一光纤滤波器，用于对飞秒激光脉冲进行整形，并选择需要的中心波长和谱线宽度；三端口光纤环形器，用于通过三端口光纤环形器的端口Ⅰ，将第一光纤滤波器输出的飞秒脉冲激光，从三端口光纤环形器的端口Ⅱ输出；第一光纤，用于将三端口光纤环形器的端口Ⅱ输出的飞秒激光脉冲传输到待测客体附近；光纤探头，用于将飞秒脉冲激光照射到待测客体上，飞秒脉冲激光在光纤探头端面因菲涅尔反射形成的光作为干涉的参考光，从待测客体表面反射并被光纤探头收集的光，作为干涉的信号光；第二光纤滤波器，用于将光纤探头接收并从三端口光纤环形器的端口Ⅲ输出的光进行滤波；第二光纤，用于利用光纤的色散效应，对光纤探头端面反射产生的飞秒激光脉冲和光纤探头接收的从待测客体反射的飞秒激光脉冲进行色散展宽；光纤放大器，用于对经过第二光纤传输的两束飞秒激光脉冲进行光强放大；光电探测器，用于对两束飞秒激光脉冲的干涉信号进行光电转换；示波器，用于对光电探测器输出的电信号进行记录；计算机，用于对示波器记录的信号进行数据处理，得到待测客体与光纤探头端面之间的距离。

【技术特征摘要】
1.一种全光纤动态绝对距离测量装置，其特征在于，包括：光纤飞秒激光器，用于发出飞秒脉冲激光；第一光纤滤波器，用于对飞秒激光脉冲进行整形，并选择需要的中心波长和谱线宽度；三端口光纤环形器，用于通过三端口光纤环形器的端口Ⅰ，将第一光纤滤波器输出的飞秒脉冲激光，从三端口光纤环形器的端口Ⅱ输出；第一光纤，用于将三端口光纤环形器的端口Ⅱ输出的飞秒激光脉冲传输到待测客体附近；光纤探头，用于将飞秒脉冲激光照射到待测客体上，飞秒脉冲激光在光纤探头端面因菲涅尔反射形成的光作为干涉的参考光，从待测客体表面反射并被光纤探头收集的光，作为干涉的信号光；第二光纤滤波器，用于将光纤探头接收并从三端口光纤环形器的端口Ⅲ输出的光进行滤波；第二光纤，用于利用光纤的色散效应，对光纤探头端面反射产生的飞秒激光脉冲和光纤探头接收的从待测客体反射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁继东，刘盛刚，马鹤立，陈小辉，陶天炯，王翔，陈宏，王为，叶素华，李加波，戴诚达，刘仓理，吴强，李剑锋，蔡灵仓，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51