全光纤多模速度干涉仪的研究

针对传统全光纤单模速度干涉仪在爆炸冲击试验中,前端的单模准直器对高速运动的物体的漫反射光难以有效收集,提出了全光纤多模速度干涉仪的装置。利用超辐射发光二极管作为光源,初步验证了全光纤多模速度干涉仪的可行性。主要阐述了全光纤多模速度干涉仪的原理和结构,并将其与全光纤单模速度干涉仪在喇叭振动速度的实验中进行比较,取得了一致的结果,最后还进行霍普金森压杆撞击实验,实测的速度最大值为10.49 m/s,与理论值10 m/s符合较好。     

光纤探针应用于爆速测试实验研究

为研究光纤探针应用于炸药爆速测试的可行性及其在冲击作用下的响应特性,开展了梯黑铝（THL）炸药和混合B炸药爆轰实验、冲击作用下光纤响应实验。分别采用直径0.063 5 mm、前端带聚光准直凸透镜的玻璃光纤探针和直径1 mm、前端不带聚光准直凸透镜的塑料光纤探针,测定爆轰过程化学反应阵面传播速度。结果表明:两者都能够准确测定约7 000 m/s的炸药爆轰速度,测量不确定度2%。另外,采用直径1 mm、前端不带聚光准直凸透镜的塑料光纤探针,记录强冲击波作用下光纤响应信号,验证了强冲击产生的高压高温作用下的黑体辐射现象。因此,光纤探针能够准确测定炸药爆轰速度,且在冲击作用下出现色温现象,即黑体辐射现象。     

强冲击LY12铝靶产生闪光的辐射强度演化特征

采用理论推导与实验相结合的方法,研究了强冲击LY12铝靶产生闪光的辐射强度演化特征。利用建立的光纤瞬态高温计测量系统与二级轻气炮加载系统,进行了6种实验条件下的强冲击实验。每组实验使用1组光纤探头,光纤探头直接对准碰撞点安装。通过实验所获原始数据结合标定得到了闪光辐射强度随时间的变化关系。实验结果表明,在给定实验条件及光纤探头安装方案下,闪光信号上升阶段的上升系数和衰减阶段的衰减系数在1~5之间。弹丸入射角度相同时,冲击速度越大,最大闪光辐射强度也越大。LY12铝弹丸强冲击LY12铝靶产生的最大闪光辐射强度,对测量波长为488~667nm范围内的幂指数值在7.5~9.0之间变化。     

全光纤白光任意反射面速度干涉系统

对离散任意反射面速度干涉系统和全光纤白光任意反射面速度干涉系统（ＦＶＩＳＡＲ）作了较全面的分析，论证了全光纤任意反射面速度干涉系统的主要意义在于实现了理想的空间相干、等程干涉、以及方便灵活的延时设置和极低的系统损耗。给关细的设计要点，报道了所研制的低激光二极管功率实验系统。以该系统进行了霍布金森杆一维应力加载下的自由面速度测试。实验结果与阻抗匹配法计算结果吻合很好，并获得了加载减载过程中产生的自由     

全光纤速度测量仪的研究

本文提出一种由单膜光纤及其无源器件构成的全光纤速度测量仪。在具体分析该测量仪的工作原理基础上研制了一套实用的速度测量系统,并且将该干涉仪与传统的迈克尔逊速度干涉仪进行了比较。将其应用于喇叭的振动测量中,获得了稳定的、可重复的实验曲线。     

33 GPa压力以下液氩冲击温度的实验测量

 利用液氮冷靶系统制取液氩样品，以二级氢气炮作为加载工具，驱动飞片对液氩样品进行平面冲击压缩，实验测量了33 GPa冲击压力以下液氩的冲击温度。飞片速度由磁测速系统测量，冲击波速度和冲击温度用光纤耦合高温计系统测量，粒子速度采用阻抗匹配法计算得到。实验测得当冲击压力为33 GPa时，液氩的冲击温度超过10 000 K；而当冲击压力超过30 GPa时，冲击温度的上升趋势与理论计算相比明显变缓，该压力点正好与以前测得的冲击波速度-粒子速度曲线的拐点一致。     

冲击压缩下PMMA的响应和光学特性

利用二级轻气炮测量了聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)在一维平面冲击压缩条件下的响应和光学特性。采用全光纤激光干涉测试技术(DPS)测量样品在冲击加载下的界面粒子速度和冲击波速度,获得了PMMA材料在冲击压力6~50GPa区间内的高精度冲击Hugoniot数据,冲击波速度不确定度小于1%。同时获得了冲击压缩条件下PMMA样品材料的高压折射率与密度的变化关系以及界面粒子速度修正系数,并实时观测到了PMMA材料中的表观冲击波速度剖面,讨论了冲击波速度剖面与真实冲击波速度的关系。     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

一种新型全光纤速度干涉仪

 基于传统速度干涉仪(VISAR)和光纤速度干涉仪(AFVISAR)的特点，提出了一种由光纤和光纤耦合器组成的工作波长为532 nm的新型全光纤速度干涉仪（NAFVISAR）。该干涉仪采用多模光纤器件构成分离系统,单模光纤器件组成核心部分。由于有两路携带不同信息的光束经不同路径传输到耦合器中，当这两路光束满足干涉条件时，可利用它们的干涉场信息来调解出被测靶的信息，从而区分波面的加减速变化。用该系统进行了Hopkinson森杆一维应力加载下的入射杆端面的速度剖面测试，实测速度最大值为49.36 m/s，与理论速度的最大值50.16 m/s基本符合，实现了全光纤速度干涉仪的实用化。     

基于光纤镀膜探针的固体介质中应力波粒子速度测量技术

粒子速度是分析固体介质中应力波传播规律的一个重要参数。结合激光多普勒效应和全光纤干涉测速系统,提出了一种基于光纤镀膜探针的固体介质中应力波粒子速度的测量方法。将光纤镀膜探针嵌入有机玻璃（PMMA）中,距爆心同一半径处,采用0.125 g TNT当量的微型炸药球作为爆炸源,进行填实爆炸产生应力波,通过采集光纤探针端面的运动信息,基于短时傅里叶变换的时频分析方法,解调出端面运动速度,进而反推出粒子速度。实验结果表明：不同光纤镀膜探针测得的速度分别为22.648 m/s、23.505 m/s,将反推的粒子速度与传统的圆环型电磁粒子速度计方法获取到的数据进行对比,两者的相对偏差低于5.00%,验证了光纤镀膜探针测量固体介质中应力波粒子速度的可行性。     

红外光幕靶测速系统和精度分析

介绍了弹丸初速度测量的不同方法;讨论了红外光幕靶的测速原理;分析了该系统的测速误差;由实弹射击试验证明:红外光幕靶测速系统达到小于 0.1%的测速精度.     

一种超快时间分辨速度干涉仪的设计和理论研究

在单发、超快时间分辨的测量技术中,线性啁啾脉冲和光谱仪的结合使用是一种常见方法.本文以成像型光谱仪为记录系统,利用线性啁啾脉冲的频-时对应关系,设计了一种应用于自由面速度超快测量的速度干涉仪.理论研究了其工作原理和适用范围,该速度干涉仪可以实现皮秒量级的时间分辨,且速度灵敏度可调、易调,大大拓宽了速度干涉仪的应用范围.数值模拟了系统的测速过程,结果表明,重建速度信号与给定物体速度符合得很好,进一步验证了系统的可行性.     

成像型任意反射面速度干涉仪的散斑抑制

成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)是激光驱动聚变实验中诊断冲击波速度的重要设备。由于采用了激光照明靶面的方式,所获得的速度条纹图中不可避免有激光散斑的干扰,严重影响动态条纹的质量。介绍了该系统的激光散斑形成原因和散斑对速度分析的影响,提出了一种频谱面滤波的方式去除高频散斑噪声的方法,并通过搭建散斑光路、合理设置滤波孔位置和大小,对该方法进行了验证。结果表明,该方法对影响条纹图的高频散斑噪声具有抑制作用,适合应用于成像型VISAR系统。     

Lagrangian evolution of velocity increments in rotating turbulence: The effects of rotation on non-Gaussian statistics

The effects of rotation on the evolution of non-Gaussian statistics of velocity increments in rotating turbulence are studied in this paper. Following the Lagrangian evolution of the velocity increments over a fixed distance on an evolving material element, we derive a set of equations for the increments which provides a closed representation for the nonlinear interaction between the increments and the Coriolis force. Applying a restricted-Euler-type closure to the system, we obtain a system of ordinary differential equations which retains the effects of nonlinear interaction between the velocity increments and the Coriolis force. A priori tests using direct numerical simulation data show that the system captures the important dynamics of rotating turbulence. The system is integrated numerically starting from Gaussian initial data. It is shown that the system qualitatively reproduces a number of observations in rotating turbulence. The statistics of the velocity increments tend to Gaussian when strong rotation is imposed. The negative skewness in the longitudinal velocity increments is weakened by rotation. The model also predicts that the transverse velocity increment in the plane perpendicular to the rotation axis will have positive skewness, and that the skewness will depend on the Rossby number in a non-monotonic way. Based on the system, we identify the dynamical mechanisms leading to the observations.     

一种改进的AUVs变结构滑模控制策略研究

针对现有的变结构滑模控制切换面单一性会导致系统状态在原点处收敛缓慢的缺陷,对自主式水下机器人(AUVs)变结构滑模控制设计了折线型的切换面,并且进一步改进实现了速度控制和定点定速控制。改进的切换面由斜率不同的自线段构成,并在拐点处通过S型函数光滑过渡。将切换面的斜率减小到0时,则可以实现速度控制,同时为了消除速度控制的稳态误差,引进了采用能智积分方法的积分项。最后在某AUV上进行仿真实验,结果证实了应用折线型切换面可以减少控制系统的上升时间,提高反应速度;速度控制的稳态误差接近0,并很好地实现定点定速的控制效果。该方法可以有效用于AUVs的控制。     

基于神光Ⅲ原型的双轴速度干涉仪

在激光惯性约束聚变研究中不对黑腔和靶丸做额外处理的条件下,靶丸的早期驱动对称性一直缺少直观的观测手段.介绍了基于神光III原型装置发展的双轴任意反射面速度干涉仪技术及相应的实验结果.通过在靶丸内部安装小反射镜的方式,获得靶丸赤道及极区的冲击波速度历程.根据材料的反射率及其受X射线的影响程度,确定Al为现阶段反射镜的合适材料.对汇聚几何效应下的数据判读问题进行了分析,发现靶装配精度对该技术的影响很大.通过实验完成了双轴VISAR诊断技术的探索,可为进一步发展双轴速度干涉仪和多轴速度干涉仪的工作提供参考.     

自校准靶型在冲击波实验中的应用

在使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量运动表面速度的过程中,利用双灵敏度方法可以获得唯一的速度。由于双灵敏度方法对速度的判断需要人为干预,所以就会出现速度的非唯一性问题。在成像型VISAR中,由于散斑和条纹质量下降等问题,该现象更加严重。提出了一种可进行自校准判断的靶型,可以在获得冲击波速度的同时获得唯一冲击波速度,从而改进了双灵敏度方法。通过积分速度曲线的面积,获得运动表面所经历的距离。比较几组相近速度曲线的积分值与已知样品的厚度,可以获得准确的冲击波速度历史曲线图。同时该方法也是一种从实验上验证VISAR系统不确定度的方法,与理论上的评估结果相互吻合,证明了该方法的正确性。这种改进的双灵敏度测速方法和不确定度评估方法,可为未来的VISAR诊断精密化发展提供技术思路。     

光纤任意反射面速度干涉系统在高压物理中的应用

 介绍一种全光纤任意反射面速度干涉仪（FVISAR）,论证了采用SLD宽光谱光源的全光纤速度干涉仪的等程干涉工作原理。对喇叭振动以及Hopkinson压杆加载条件下,铝样品的自由面速度进行了测量。结果表明：该FVISAR系统工作稳定,可用于低自由面速度剖面的测量。     

PIV measurement of velocity field in a spray combustor

This paper reports a velocity measurement technique using PIV for application to a luminous flame in a spray combustor. The present system consists of a standard PIV system, a rotary shutter and a band-pass filter, the combination of which removes the influence of the high intensity of the luminous flame. The effectiveness of the rotary shutter is studied by changing the shutter speed from 2 ms to 37 ms. The simultaneous observation of the velocity field and the flame structure was carried out in the combustor model for a boiler. The measured velocity field indicates that the exit velocity from the burner is increased by chemical reactions, but the flow pattern inside the combustor is kept similar to that without combustion.     

光纤耦合自混合干涉测速系统的参数研究

针对光纤耦合自混合干涉测速系统的设计,采用F-P五镜腔模型分析了自混合干涉测速的基本原理,利用数值计算软件MATLAB研究了系统中各个参数对自混合信号波形的影响。对参数引起自混合信号波形“畸变”的情况,进行了参数的优化设计。为光纤耦合自混合测速系统设计,以及将其应用于爆轰波和冲击波研究中进行高速测量提供了参考。