一种弧形发散阵列测速探头及测速方法技术

本发明专利技术公开了一种弧形发散阵列测速探头，包括相邻设置的光束发散控制模块和阵列测速探头模块；阵列测速探头模块提供多条出射光线，光束发散控制模块将多条出射光线进行发散，发散后的光线朝向阵列测速探头模块的延长线相交于光束发散控制模块的焦点；焦点位于待测材料凹面部截面的圆心处；阵列测速探头模块接收待测材料凹面部待测处反射的光线。本发明专利技术还公开了一种单排弧形发散阵列测速方法。本发明专利技术应用于爆轰加载下材料凹面部的速度检测，在狭小腔体内的安装非常便捷，需要调整的参数也仅为一项，并且布置时初始点距可以达到0.2mm，有效的加大的测点密度，为后期数据拟合提供了良好的基础。良好的基础。良好的基础。

【技术实现步骤摘要】
一种弧形发散阵列测速探头及测速方法


[0001]本专利技术涉及高压加载下瞬态光电测试
，具体涉及一种弧形发散阵列测速探头及测速方法。

技术介绍

[0002]材料在高压加载下表面的速度历史是研究材料动态力学特性、状态方程的重要参数。常规的测试手段是在探测目标表面一定距离用探针靶架安装一系列测速探头，用来测试材料表面不同区域的速度特性，由于爆轰波的传播特性，在不同位置其速度起跳、发展历史并不一致，要精确的获得爆轰加载下材料各部分速度的空间分布特性，只能选择在局部区域尽量密集的安装多个单点测速探头。
[0003]现有技术申请号为202010003693.5的专利技术专利公开了一种速度矢量测量光纤传感器及测量方法，所述速度矢量测量光纤传感器，包括第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头和第四光纤探头，四支光纤探头分别包括前端聚焦透镜以及探头尾纤两部分，四支光纤探头的前端聚焦透镜部分设置在保护套内。所述第四光纤探头设置在与保护套同轴心位置；所述第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头沿第四光纤探头环向间隔120度均布、并与第四光纤探头保持固定的倾角θ。本专利技术的速度矢量测量光纤传感器，可精确计算获得运动靶面的矢量运动速度方向和大小，克服了传统激光干涉测速只能获取沿光纤探头方向速度的缺点。在该技术中，其探头采用了多个单点测速探头的检测方式，并通过单点测速探头夹角进行速度的矢量分解，实现速度的精确计算。但是其存在几个问题：
[0004](1)其采用的四个光纤探头只能采用探针靶架进行安装，在现场进行安装时，精度存在一定问题，一般来说现场安装的多个光纤探头汇聚焦点都在5mm以上，而现场的单点探头受限于安装加工的精度限制和公差限制，只能实现0.2mm左右的定位精度。
[0005](2)其采用单点测速探头，在一个测点往往就需要做多个探头的安装，每一个探头都需要进行孤立的逐点安装对准，并且多个探头之间还要进行协同校准，安装非常浪费时间和人力。
[0006](3)在进行待测材料凹面部检测时，由于待测材料往往为圆柱形或者球形，所以需要将探头设置在待测材料的内部空心处进行凹面部检测，受限于内部空心处的安装条件限制，采用申请号为202010003693.5的专利技术专利这种测速探头安装方式很难在狭小空间内完成非常精确的探头安装，点距往往会超过1.2mm，降低了进行检测时的测点密度，对于材料在高压加载下表面的速度分布拟合的精度有极大的影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中，在进行待测材料凹面部检测时，受限于待测材料内部空心处的安装条件限制，定位精度、点距等主要测试参数都会下降，并且安装过程复杂浪费时间和人力，目的在于提供一种单排弧形发散阵列测速探头及测速方法，解决上述问题。
[0008]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0009]一种弧形发散阵列测速探头，包括相邻设置的光束发散控制模块和阵列测速探头模块；
[0010]所述阵列测速探头模块提供多条出射光线，所述光束发散控制模块将所述多条出射光线进行发散，发散后的光线朝向所述阵列测速探头模块的延长线相交于所述光束发散控制模块的焦点；所述焦点位于待测材料凹面部截面的圆心处；
[0011]所述阵列测速探头模块接收待测材料凹面部待测处反射的光线。
[0012]现有技术中，如申请号为202010003693.5的专利技术专利，往往应用于待测材料凸面部的速度检测，因为如果安装在待测材料内部进行凹面部的检测时，这种四个探头分别安装调试角度的方式，在较为狭小的空间中操作起来，精度很难进行控制，如需要进行四个探头夹角的配合调试，则难度更大，很难保证测试精度，并且采用四个探头只能进行一个测点的速度检测，检测效率过低，在安排多个测点时，还需要考虑多个探头之间的位置关系，这就使得检测的点距往往超过1.2mm，并且还不能布置太多的检测点。
[0013]而在本专利技术应用时，本专利技术专门为进行爆轰加载下材料凹面部的速度检测而设计，在需要进行爆轰加载测试的材料，往往会成型为空心圆柱形、球形和类管状的状态，具体对应于枪管、炮管、手雷等面临爆轰应用场景的装置，为了便于进行在这些装置的内部检测爆轰条件下内表面的速度，本专利技术采用了通过光束发散控制模块进行光线发散的方式进行检测。由于发散后的光线的反向延长线汇聚于光束发散控制模块的焦点，且焦点位于待测材料凹面部截面的圆心处，所以在当阵列测速探头模块发射出射光线经过发散到达待测位置时，反射光线也会原路返回到阵列测速探头模块处接收。这里阵列测速探头模块发射的出射光线，可以为激光或其他任意一种可以进行测速检测的光束；而光束发散控制模块则可以采用凹透镜、平凹镜、透镜组等等可以将光线发散且光线的方向延长线相交于一点的设备。
[0014]在本专利技术进行测速使用时，由炸药、雷管或者其他可以产生爆轰波的方式进行加载，其产生的爆轰波沿着待测材料内传播，使得待测材料凹面部产生速度分布。探头出射的照明光会被被测凹面表面反射，反射的光线也会沿着凹面部截面的直径方向返回探头处，再由光束发散控制模块反向输入到阵列测速探头模块处，完成反射光线信号的采集，后续的系统可以根据反射光线信号得出测速结果，并且测速结果是一个沿时间连续的数据，可以用以表征材料在高压加载下表面的速度历史。
[0015]相比于现有技术，一方面本专利技术采用的技术方案绝大部分的校准工作都是在进行探头加工时完成的，如阵列测速探头模块的出射光路调试及光束发散控制模块的光束聚焦调试，都可以通过精加工的方式进行控制，相比于现场安装的5mm左右的汇聚焦点大小，本专利技术可以实现1mm以内的汇聚焦点大小，并且相比于现场安装的0.2mm的定位精度，本专利技术在现场只需要调试一个安装位置，即将焦点于待测材料凹面部截面的圆心对齐，所以定位精度可以提高一个数量级，达到0.02mm的定位精度；由于本专利技术在现场的调试安装内容仅为一项，所以也避免了孤立探头逐点安装对准的过程，大大的节约时间和人力成本。
[0016]另一方面，本专利技术应用于爆轰加载下材料凹面部的速度检测，在狭小腔体内的安装非常便捷，需要调整的参数也仅为一项，并且布置时初始点距可以达到0.2mm，有效的加大的测点密度，为后期数据拟合提供了良好的基础。
[0017]进一步的，所述阵列测速探头模块包括光纤基座和多个阵列排布于所述光纤基座上的测速光纤；所述测速光纤的端面朝向所述光束发散控制模块。
[0018]进一步的，多个所述测速光纤采用定位板打孔安装方式安装于所述光纤基座上。
[0019]进一步的，所述光束发散控制模块采用平凹透镜；所述平凹透镜的平面朝向所述阵列测速探头模块，所述平凹透镜的凹面朝向待测材料凹面部；所述平凹透镜的焦点为所述光束发散控制模块的焦点。
[0020]进一步的，所述平凹透镜采用柱形平凹透镜；所述柱形平凹透镜的焦点轴重合于所述待测材料凹面部的轴线。
[0021]进一步的，所述阵列测速探头模块中的测速光纤沿所述柱形平凹透镜焦点轴方向多排设置。
[0022]进一步的，所述阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弧形发散阵列测速探头，其特征在于，包括相邻设置的光束发散控制模块(1)和阵列测速探头模块(2)；所述阵列测速探头模块(2)提供多条出射光线，所述光束发散控制模块(1)将所述多条出射光线进行发散，发散后的光线朝向所述阵列测速探头模块(2)的延长线相交于所述光束发散控制模块(1)的焦点；所述焦点位于待测材料凹面部截面的圆心处；所述阵列测速探头模块(2)接收待测材料凹面部待测处反射的光线。2.根据权利要求1所述的一种弧形发散阵列测速探头，其特征在于，所述阵列测速探头模块(2)包括光纤基座(22)和多个阵列排布于所述光纤基座(22)上的测速光纤(21)；所述测速光纤(21)的端面朝向所述光束发散控制模块(1)。3.根据权利要求2所述的一种弧形发散阵列测速探头，其特征在于，多个所述测速光纤(21)采用定位板打孔安装方式安装于所述光纤基座(22)上。4.根据权利要求1所述的一种弧形发散阵列测速探头，其特征在于，所述光束发散控制模块(1)采用平凹透镜；所述平凹透镜的平面朝向所述阵列测速探头模块(2)，所述平凹透镜的凹面朝向待测目标凹面部；所述平凹透镜的焦点为所述光束发散控制模块(1)的焦点。5.根据权利要求4所述的一种弧形发散阵列测速探头，其特征在于，所述平凹透镜采用柱形平凹透镜；所述柱形平凹透镜的焦点重合于所述待测材...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗振雄，刘明涛，陈浩玉，莫俊杰，谢明强，
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：