一种具有复测功能的激光干涉测速装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有复测功能的激光干涉测速装置及方法，该装置通过采用波分复用技术将两个工作于不同波长的激光干涉测速系统集成在一起，对同一个测点的速度进行复测，由于两个激光干涉测速系统为完全独立的系统，因此，任何一个系统的激光器或示波器在实验中出现不正常工作的情况，均不影响另一个系统正常获得测速信号，提高测速装置工作时的可靠性。提高测速装置工作时的可靠性。提高测速装置工作时的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有复测功能的激光干涉测速装置及方法


[0001]本专利技术涉及激光干涉测速
，具体涉及一种具有复测功能的激光干涉测速装置及方法。

技术介绍

[0002]在冲击波物理和爆轰物理实验研究中，待测材料在高温、高压等极端加载条件下会发生高速运动，其运动特征不仅与材料的特性相关，还与加载历程紧密相关，因此，在冲击波物理和爆轰物理实验研究中，速度测量技术已经成为最重要的测试手段之一。经过几十年的发展，基于光学Doppler效应的VISAR、DISAR、PDV、MPDV等激光干涉测速技术已经成为了冲击波物理和爆轰物理实验研究中的标准测试技术。尽管VISAR、DISAR、PDV、MPDV等激光干涉测速技术已经发展的非常成熟，但还具有以下明显不足：(1)受温度、湿度、复杂的电磁环境等因素的影响，在进行激光测速时，使用的激光器会出现不出光、干涉信号记录示波器有黑屏等非正常工作现象，导致大量测点数据丢失，增大了动态实验失败的风险；(2)待测材料的动态反光特性未知，且在运动过程中其角度还会发生一定程度的随机偏转，导致干涉信号的动态幅值具有一定随机性，若信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复测功能的激光干涉测速装置，其特征在于，包括两台光纤激光器、光纤速度复测模块、传输光纤、光纤探头、两只光电探测器和两台示波器；两台光纤激光器，用于发射两路不同工作波长的激光到光纤速度复测模块；光纤速度复测模块，用于接收两台光纤激光器发射的激光，并对接收到的激光进行合束或者分束处理，将合束后的激光通过传输光纤传输给光纤探头，将从光纤探头反射回来的激光进行分束处理，并传输给对应的光电探测器；光纤探头，用于接收传输光纤传输的激光，并在光纤探头内部产生反射光和透射光；反射光沿原光路返回并分别进入至对应的两只光电探测器中形成干涉的参考光，透射光照射在待测运动物体上形成的反射光沿原光路返回分别进入至对应的两只光电探测器中形成干涉的待测光；两只光探测器中的每只光电探测器，用于接收干涉的参考光和待测光，并将参考光和待测光干涉后产生的干涉信号转换为电信号，并传输给连接的示波器；两台示波器中的每台示波器，用于接收、记录各自连接的光电探测器输出的电信号，以根据电信号的信号频率完成对待测运动物体运动速度的测量。2.根据权利要求1所述的一种具有复测功能的激光干涉测速装置，其特征在于，所述光纤速度复测模块包括两个光纤环形器和一个光纤波分复用器；每台光纤激光器连接在对应的光纤环形器的第一端口，每个光纤环形器的第二端口分别连接至光纤波分复用器上对应的输入端口，光纤波分复用器的输出端口通过传输光纤连接至光纤探头上；每个光纤环形器的第三端口分别连接一只光电探测器，每只光探电测器对应连接一台示波器。3.根据权利要求1所述的一种具有复测功能的激光干涉测速装置，其特征在于，所述光纤速度复测模块包括两个光纤波分复用器和一个光纤环形器；每台光纤激光器分别连接至第一个光纤波分复用器的两个输入端口，该第一个光纤波分复用器的输出端口连接至光纤环形器的第一端口，光纤环形器的第二端口通过传输光纤连接至光纤探头上；光纤环形器的第三端口连接至第二个光纤波分复用器的输入端口，该第二个光纤波分复用器的两个输出端口分别对应连接一只光电探测器，每只光电探测器对应连接一台示波器。4.根据权利要求1所述的一种具有复测功能的激光干涉测速装置，其特征在于，所述光纤探头的回损要求为
‑
14dB～
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35dB。5.根据权利要求1所述的一种具有复测功能的激光干涉测速装置，其特征在于，所述示波器灵敏度包括高灵敏度和低灵敏度；计算光电探测器输出的饱和电压与示波器垂直方向上显示的格数的比值，并根据计算得到的比值选择最接近比值的灵敏度档位作为示波器的高灵敏度；计算光电探测器输出的饱和电压与示波器垂直方向上显示的格数的比值，并基于比值的2倍，选取最接近比值的2倍的灵敏度档位作为示波器的低灵敏度；所述低灵敏度记录的信号最大幅值不小于所述光电探测器的输出幅值；当低灵敏度记录的信号最大幅值小于光电探测器的输出幅值，则选择次接近比值的2倍的灵敏度档位作为示波器的低灵敏度。
6.根据权利要求4所述的一种具有复测功能的激光干涉测速装置，其特征在于，所述一种具有复测功能的激光干涉测速装置还包括数据处理模块；所述数据处理模块，用于对示波器记录的电信号进行时频分析，得到所述电信号对应的干涉信号在任意时刻t的信号频率f(t)；基于干涉信号在任意时刻t的信号频率f(t)，计算得到待测运动物体在任意时刻t的速度u(t)；其中，描述电信号的公式具体为：其中，描述电信号的公式具体为：式中，λ表示光纤激光器的工作波长，包括λ1和λ2，其中，λ1表示第一台光纤激光器的工作波长，λ2表示第二台光纤激光器的工作波长；I(t)表示示波器记录的任意时刻t的电流值大小，包括I1(t)和I2(t)，其中，I1(t)表示工作波长为λ1时示波器记录的任意时刻t的电流值大小，I2(t)表示工作波长为λ2时示波器记录的任意时刻t的电流值大小；E1表示参考光对应的反射光场的振幅，E2表示待测光对应的反射光场的振幅；k表示光电探测器的灵敏度，包括k1和k2，其中，k1表示第一只光电探测器的灵敏度，k2表示第二只光电探测器的灵敏度；u(t)表示待测运动物体在任意时刻t的速度，包括u1(t)和u2(t)，其中，u1(t)表示工作波长为λ1时待测运动物体在任意时刻t的速度，u2(t)表示工作波长为λ2时待测运动物体在任意时刻t的速度；2u(t)/λ表示由于待测运动物体运动导致待测光发生的多普勒频移，包括2u1(t)/λ1和2u2(t)/λ2，其中，2u1(t)/λ1表示工作波长为λ1时由于待测运动物体运动导致待测光发生的多普勒频移，2u2(t)/λ2表示工作波长为λ2时由于待测运动物体运动导致待测光发生的多普勒频移；f(t)表示干涉信号在任意时刻t的信号频率，包括f1(t)和f2(t)，其中，f1(t)表示工作波长为λ1时干涉信号在任意时刻t的信号频率，f2(t)表示工作波长为λ2时干涉信号在任意时刻t的信号频率；待测运动物体在任意时刻t的速度u(t)的计算公式为：当通过不同工作波长计算得到的待测运动物体在任意时刻t的速度不相同时，对所有工作波长对应的待测运动物体在任意时刻t的速度求平均值作为最终的待测运动物体在任意时刻t的速度。7.一种基于权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘盛刚，谷伟，马鹤立，陶天炯，唐隆煌，陈龙，吴建，黄金，康强，李成军，贾兴，王翔，翁继东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：