【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冲击波物理，具体涉及一种空气冲击波超压探测器、方法及系统。
技术介绍
1、空气冲击波是研究冲击波物理的主要对象，而空气冲击波超压是能够表征炸药性能、毁伤能力的重要参数。目前绝大多数超压测量基于压阻或压电传感器，这类传感器需要超压作用于电学传感材料，易受电磁干扰，且受限于尺寸和材料一致性，存在响应时间慢、测量前需反复标定等问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：目前绝大多数超压测量基于压阻或压电传感器，这类传感器需要超压作用于电学传感材料，易受电磁干扰，且受限于尺寸和材料一致性，存在响应时间慢、测量前需反复标定等问题；本专利技术目的在于提供一种空气冲击波超压探测器、方法及系统，基于光学干涉原理，直接以空气作为传感介质，且光斑尺寸远小于电学传感材料的尺寸，具有一致性好、响应快、易集成、抗电磁干扰、精度高、成本低等优势，具有完全的自主能力。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、本方案提供一种空气冲击波超压探测器，包括：
4、激光器，用于产生测量激光信号，所述激光器与光纤探头连接；
5、光纤探头，用于向针尖发出测量激光信号，并采集针尖反射回的反射激光信号；
6、测量圆盘，用于承载光纤探头和针尖；
7、针尖，用于向光纤探头反射激光信号；所述针尖与光纤探头之间预留有空间供空气冲击波流动。
8、本方案工作原理：目前绝大多数超压测量基于压阻或压电传感器，这类传感器需要超压作用于
9、进一步优化方案为，所述针尖位于测量圆盘的中心线上，所述光纤探头位于测量圆盘的中心并沿测量圆盘的中心线指向针尖。
10、进一步优化方案为，所述针尖为直径逐渐减小的椎体结构，在椎体结构直径最小处形成的尖端夹角≤20°。
11、进一步优化方案为，椎体结构的中心线与测量圆盘表面所在平面平行。
12、进一步优化方案为，还包括连接件，所述连接件用于连接针尖与测量圆盘，所述椎体结构的高小于测量圆盘的半径；
13、作为一种优选，测量圆盘的底部，面向冲击波的方向，从测量圆盘的外侧向内侧应由锐向钝过渡。
14、所述连接件设置在测量圆盘的外围，使得椎体结构与测量圆盘之间预留有空间供空气冲击波流动。
15、本方案还提供一种空气冲击波超压探测方法，基于上述的一种空气冲击波超压探测器实现，包括步骤：
16、采集针尖反射回的反射激光信号和第一激光信号；
17、将反射激光信号与第一激光信号耦合后进行iq解调得到光程差信号；
18、基于光程差信号、及冲击波密度与压力的关系得到空气冲击波超压值。
19、进一步优化方案为，第一激光信号与测量激光信号的频率差δf满足：
20、δf＞δfp，且δf＜δfb-δfp；
21、δfb为探测器和混频器两者带宽中的最小值、δfp为超压导致光程变化对应的多普勒频移的最大值，即为的最大值，fd为测量激光的光频率，c为真空中光速。
22、进一步优化方案为，所述将反射激光信号与第一激光信号耦合后进行iq解调得到光程差信号，包括方法：
23、基于测量激光信号与第一激光信号获取本振信号；
24、将反射激光信号分成两路：一路先与本振信号混频处理后，再经低通滤波处理得到第一处理信号，另一路先与移相后的本振信号混频处理后，再低通滤波处理得到第二处理信号；
25、基于第一处理信号和第二处理信号解算出光程差信号。
26、进一步优化方案为，所述基于光程差信号、及冲击波密度与压力的关系得到空气冲击波超压值，包括方法：
27、s1，探测过程中实时采集光程差δs，根据式：
28、δs＝2δnl，n＝δn+n0
29、计算光程差对应的折射率变化δn和实际折射率n；其中l为探头端面与针尖之间的距离，n0为初始折射率；
30、s2，根据式n-1＝kρ计算出密度ρ，其中k为与波长有关的常数；
31、s3，获取大气密度ρ0，并确定出探测过程的密度峰值ρm；
32、s4，根据冲击波密度与压力的关系，得到压力峰值pm，并根据计算出压力值p，其中，γ为绝热系数；
33、s5，空气冲击波超压p＝p-p0。
34、本方案还提供一种空气冲击波超压探测系统，用于实现如上所述的一种空气冲击波超压探测方法；包括：
35、第一激光器，用于产生第一激光信号；
36、探测器，用于采集第一激光信号和反射激光信号；
37、解调模块，用于将反射激光信号与第一激光信号耦合后进行iq解调得到光程差信号；
38、计算模块，用于基于光程差信号、及冲击波密度与压力的关系得到空气冲击波超压值。
39、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
40、本专利技术提供的一种空气冲击波超压探测器、方法及系统；基于光学干涉原理，测量空气冲击波传播过程中，经过探头位置的空气折射率的变化历程，并根据空气折射率与压力的对应关系，得到该点的冲击波超压时间历程；直接以空气作为测量对象，相比需要特殊材料的压阻或压电传感器，具有响应高、低成本、精度高、抗电磁干扰、无需反复标定等诸多优点。
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1.一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，所述针尖位于测量圆盘的中心线上，所述光纤探头位于测量圆盘的中心并沿测量圆盘的中心线指向针尖。
3.根据权利要求2所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，所述针尖为直径逐渐减小的椎体结构，在椎体结构直径最小处形成的尖端夹角≤20°。
4.根据权利要求3所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，椎体结构的中心线与测量圆盘表面所在平面平行。
5.根据权利要求3所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，还包括连接件，所述连接件用于连接针尖与测量圆盘，所述椎体结构的高小于测量圆盘的半径；
6.一种空气冲击波超压探测方法，其特征在于，基于权利要求1-5任意一项所述的一种空气冲击波超压探测器实现，包括步骤：
7.根据权利要求6所述的一种空气冲击波超压探测方法，其特征在于，第一激光信号与测量激光信号的频率差Δf满足：
8.根据权利要求6所述的一种空气冲击波超压探测方法，其特征在于，所述将反射激光
9.根据权利要求8所述的一种空气冲击波超压探测方法，其特征在于，所述基于光程差信号、及冲击波密度与压力的关系得到空气冲击波超压值，包括方法：
10.一种空气冲击波超压探测系统，其特征在于，用于实现如权利要求1-9中任意一项所述的一种空气冲击波超压探测方法；包括：
...【技术特征摘要】
1.一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，所述针尖位于测量圆盘的中心线上，所述光纤探头位于测量圆盘的中心并沿测量圆盘的中心线指向针尖。
3.根据权利要求2所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，所述针尖为直径逐渐减小的椎体结构，在椎体结构直径最小处形成的尖端夹角≤20°。
4.根据权利要求3所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，椎体结构的中心线与测量圆盘表面所在平面平行。
5.根据权利要求3所述的一种空气冲击波超压探测器，其特征在于，还包括连接件，所述连接件用于连接针尖与测量圆盘，所述椎体结构的高小于测量圆盘的半径；
6.一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：王竞，刘寿先，陶世兴，邓向阳，雷江波，
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：
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