一种基于光学传感的冲量测试方法和装置，沿被测冲量方向布置一只导轨，导轨上设置一只可沿冲量方向运动的质量块，质量块的侧面固定有直线光栅，导轨上布置测量装置测量直线光栅的反射光强-时间曲线，从而计算得到冲量参数。本发明专利技术采用光学传感测量脉冲冲量参数，提高了测试系统的抗电磁干扰的能力，同时利用光纤的低损耗特性实现了测量信号的远距离传输，确保了光源、光电转换器等器件的安全，可应用于爆炸和辐射场等特殊场合的应用，并可根据被测对象调整质量块的重量、直线光栅的长度、栅距等参数，改变测试量程、分辨率等，适应了不同场合、不同参数的测量要求；本发明专利技术测试探头体积小、结构紧凑，便于安装拆卸。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种冲量测试方法，尤其涉及一种基于光学传感的脉冲冲击载荷的测量方法和装置。
技术介绍
冲量是衡量冲击载荷对容器等壳体结构力学效应的参数之一。传统的测试方法是测试冲击载荷的压力值，然后将压力值进行时间积分得到冲量。由于脉冲式冲击载荷具有时间短(ns ms量级)、压力峰值高(MPa GPa量级)的特点，受到压力传感器频率响应和精度的限制，准确测试压力值的时间历程曲线是非常困难的，传统的冲量测试方法受到了限制。当前对于脉冲式冲击载荷的冲量测试主要有以下两种的方法(1)冲击摆法。冲击摆是测量爆炸荷载下瞬态冲量的一种有效装置。该装置将所受到的冲量，转化为重力势能，摆动幅度可以直观地描述待测冲量的大小。由于对测量仪器频率响应和实验环境抗干扰能力要求较低，并且无需进行现场标定，所以冲击摆在冲量测量领域有着广泛的应用。但冲击摆方法存在的问题是常用的冲击摆为典型的复摆模型，体积较大，设计、加工和数据处理复杂。另外，摆的质心难以准确测定，这对冲量测定的精度影响较大，特别是测量爆炸试验中的冲量时，遇到较大的困难。(2)导轨法该方法直接测试质量块(即受冲击物体)的运动速度，进而计算冲量。与冲击摆相比，该方法具有体积小的优点，但同时必须匹配相应的测速系统。常见的测速系统一般采用传统的电测技术实现，而脉冲式冲击载荷，比如化爆、X射线辐射源等，通常伴随有较强的电磁干扰，该电磁干扰容易耦合进入测试电路，从而影响测试信号的精度和可信度，甚至导致测试电路不能正常工作。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于光学传感的冲量测量方法和装置，将其应用到导轨冲量测量方法中，具有抗电磁干扰能力强、测试量程大、体积小、性能稳定等优点。本专利技术的技术解决方案为一种基于光学传感的冲量测试方法，包括以下步骤1沿被测冲量方向布置一只导轨，所述导轨上设置一只可沿冲量方向运动的质量块，所述质量块的侧面或顶面固定有直线光栅；所述直线光栅的条纹方向垂直于冲量方向；2质量块在冲量作用下，沿导轨运动；3测量直线光栅的反射光强_时间曲线，计算得到冲量参数。上述测量直线光栅的反射光强_时间曲线，计算得到冲量参数的方法为1取反射光强-时间曲线的正负峰值和中间点值为特征点，得出各个特征点对应的时间，根据各个特征点之间对应的距离，计算出冲击过程中各个时间段内质量块的速度；2根据速度_时间曲线，判读质量块受冲击后的平稳速度；3在激光等辐射源作用的情况下，测试实验前后质量块的质量，或者在化爆等实验中，测试实验前质量块的质量，再根据平稳速度，计算出该冲击源作用在质量块上的冲量值，再根据质量块作用面的面积，进一步计算出单位面积上质量块受到的冲量值。一种基于光学传感的冲量测试装置，包括导轨和质量块，其特殊之处是，还包括固定在质量块侧面安装的直线光栅和固定在导轨上的直线光栅反射光强_时间测量装置；所述直线光栅的条纹方向垂直于冲量方向；所述直线光栅反射光强-时间测量装置包括光源、光纤探头、光电转换器、信号放大单元和信号记录单元；所述光纤探头用于将光源产生的光束垂直射向直线光栅并将直线光栅反射的光信号传送至光电转换器，所述光电转换器用于将反射的光信号转换成电信号输出，所述信号放大单元用于放大光电转换器输出的电信号，所述信号记录单元用于记录信号放大单元输出的电信号。上述的光纤探头由单根输出光纤和多根接收光纤组成，其中输出光纤连接光源， 多根接收光纤集为一束后连接光电转换器。上述的光纤探头由光纤环行器和分别连接在光纤环行器的输出光纤、接收光纤、 探测光纤组成，其中输出光纤的另一端连接光源，接收光纤的另一端连接光电转换器，探测光纤另一端输出光束至直线光栅并接收直线光栅的反射光信号。上述的光纤探头由一进二出的光纤耦合器和分别连接在光纤耦合器出口的输出光纤、接收光纤和连接在光纤耦合器进口的探测光纤组成，其中输出光纤的另一端连接光源，接收光纤的另一端连接光电转换器，探测光纤的另一端输出光束至直线光栅并接收直线光栅的反射光信号。上述光纤探头设置有用于输出光束整形的透镜组件。上述的透镜组件为“L型”结构。上述的直线光栅反射光强_时间测量装置还包括设置在光源和光纤探头之间的光衰减器。上述光源为LD或LED ；所述光纤的芯径为62. 5um多模光纤；所述光源波长为 850nm ；所述光纤探头与光栅平面的垂直距离为0. 5 1. 5mm ；所述光栅的栅距为100 μ m。本专利技术具有以下的有益效果1、本专利技术采用光学传感测量脉冲冲量参数，提高了测试系统的抗电磁干扰的能力，同时利用光纤的低损耗特性实现了测量信号的远距离传输，确保了光源、光电转换器等器件的安全，可应用于爆炸和辐射场等特殊场合的应用。2、本专利技术在光纤探头输出端设置透镜组件，对光纤的输出光束进行整形，使其光束尺度与光栅周期匹配，进一步提高了测量精度。3、本专利技术在光源输出端设置有光衰减器，对光源的输出光强进行衰减，使光电转换器工作在器件的动态范围内，满足了测量的要求。4、本专利技术可根据被测对象调整质量块的重量、直线光栅的长度、栅距等参数，改变5测试量程、分辨率等，适应了不同场合、不同参数的测量要求。5、本专利技术测试探头体积小、结构紧凑，便于安装拆卸。附图说明图1是本专利技术测量装置原理示意图；图2是本专利技术在冲量测量试验中实测光电转换器输出电压随时间变化图；其中1_质量块；2-直线光栅；3-导轨；4-透镜组件；5-光纤探头；5_1_探测光纤；5-2-输出光纤；5-3-接收光纤；6-光电转换器；7-光源；8-信号放大单元；9-信号记录单元。具体实施例方式如图1所示，本专利技术所采用的技术方案是将直线光栅2水平安装在质量块1上，并使得光栅不影响质量块1在导轨3中沿着导轨3方向自由运动。在导轨3上安装光纤探头 5，使得光纤探头5发出的光线垂直于直线光栅2，使得经过光栅反射后的光线可以进入光纤探头5。通过测量质量块1在冲量作用下沿导轨3运动的反射光强_时间曲线，计算得到冲量参数。直线光栅2提供在导轨3方向上的位移分辨信息。光栅由不同光反射率的材料重复间隔组成，将高反射率材料组成的部分称为明纹，低反射率的材料称为暗纹。明暗纹对测试波段光的反射率相差越大，则得到信号的幅值越大，越容易对所得信号进行处理。通常情况下明纹部分可以采用金属材料，暗纹部分可以采用玻璃等非金属材料，可取明纹长度和暗纹的长度相等，且将一组明暗纹的长度称为该光栅的栅距。根据测速的精细程度可以采用不同栅距的光栅，一般如采用通信的62. 5μπι多模光纤做光纤探头5，则栅距最小可以取 100 μ m左右。将光纤探头5出射光在光栅平面上形成的光斑直径称作探头的出射直径，当光栅的栅距小于探头出射直径时，所得信号的幅值有所下降，而且当栅距更小时，光的衍射情况较为明显，对测试不利。对于数值孔径参数一定的光纤而言，光纤探头5的出射直径与光纤探头5和直线光栅2的距离相关，为了方便安装，可通过在光纤探头5的输出端安装透镜组件4来改变出射直径。对于光纤探头，一般采用发散型的光纤准直器，当测试空间有限时，可以采用透镜组件的L型光纤探头，L型光纤探头结构实质上是在光纤准直器的基础上，在拐角处添加了一片45°角的平面反射镜，达到改变光路的效果。如图1所示，透镜组件4可采用“L型”结构，通过改变探测光纤的布置方向，使得探头的结构更本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于光学传感的冲量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：１】沿被测冲量方向布置一只导轨，所述导轨上设置一只可沿冲量方向运动的质量块，所述质量块的侧面或顶面固定有直线光栅；所述直线光栅的条纹方向垂直于冲量方向；２】质量块在冲量作用下，沿导轨运动；３】测量直线光栅的反射光强－时间曲线，计算得到冲量参数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王昭，张德志，吴祖堂，王等旺，唐仕英，王惠，李进，随亚光，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：87
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