用于毫米级弹丸速度测量的光电检测装置

 为了满足二级轻气炮毫米级弹丸的测速需求,研制了一套利用激光光幕测量毫米级弹丸飞行速度的测试系统。采用光阑限光、光谱滤光和低阻滤波等复合抗干扰技术,解决了从强背景光中捕获快速变化的弱光扰动信号的技术问题,获得了较高的信噪比。在二级轻气炮上进行了直径为4 mm的球形金属弹丸测速实验,结果表明该装置的测量结果与线圈测速法实时监测结果的不一致性小于2%,可以满足毫米级弹丸速度测量的要求。     

二级轻气炮弹丸速度过程测量实验技术研究

 针对二级轻气炮发射管的特性，设计了测量景深长达13 m的光纤探头，选择条纹常数为100 m/s的高灵敏度激光干涉测速仪，结合任意反射面激光干涉测速技术进行了实验，测量了发射口径Φ32 mm、长度12 m的二级轻气炮弹丸发射过程，测得弹丸运动距离11.3 m时的速度为3 960 m/s，与磁测速的结果一致，通过实验测得的速度历史，进而获得弹丸在发射管内的加速度过程，为炮内弹道研究提供了更直接的实验数据。     

用于一级轻气炮的弹速激光测量系统

 研制了用于Φ57 mm一级轻气炮的激光测速系统，采用红光LD作光源，PIN作为光电探测器，并研制了专用前置放大器，整个系统集成于炮管延长段中，不仅具有结构简单紧凑、抗振动、易于准直，而且避免了弹丸的自由飞，保持了极小的碰撞角。采用该系统已成功地测量了非标准异型弹丸和非金属弹丸的速度，速度测量的相对不确定度小于0.2%。     

反应气体驱动二级轻气炮发射特性实验及数值计算北大核心CSCD

通过实验确定了20/57mm构型反应气体驱动二级轻气炮的气体装填参数与弹丸动能的关系。实验结果表明,反应气体驱动二级轻气炮的弹丸动能与气体反应化学能之间基本满足二次函数关系,系统发射稳定性满足加载实验要求。发展了基于气体爆轰模型的计算方法,通过数值计算获得了反应气体驱动二级轻气炮的发射特性,弹丸速度的计算结果与实测结果吻合较好。     

反应气体驱动二级轻气炮发射特性实验及数值计算

通过实验确定了20/57mm构型反应气体驱动二级轻气炮的气体装填参数与弹丸动能的关系。实验结果表明,反应气体驱动二级轻气炮的弹丸动能与气体反应化学能之间基本满足二次函数关系,系统发射稳定性满足加载实验要求。发展了基于气体爆轰模型的计算方法,通过数值计算获得了反应气体驱动二级轻气炮的发射特性,弹丸速度的计算结果与实测结果吻合较好。     

阵列式激光靶影响因素分析

激光光幕靶是弹丸测速的主要设备之一,针对阵列式点状激光靶的测速要求,研究了系统调试和测量过程中的影响因素。根据阵列式点状激光靶的测速原理,通过实验分析了负载电阻、光照距离、光照角度、发射角等因素对单路接收信号(负载电压)的影响;根据弹丸过靶时遮挡激光光束对光强变化情况,建立了相应的数学模型,并以此得到了不同压差下计时的相对误差,分析了光幕均匀性对整个测速系统的影响。理论建模和实验分析为阵列式点状激光靶的结构设计和在测速系统中的应用提供了理论依据和参考。     

主动光幕测速系统中光信号的模拟与探测实验研究

为满足主动光幕测速系统的测试需求,在分析弹丸光信号特征的基础上设计和研制了一种弹丸光信号模拟装置。通过该模拟装置生成了在不同环境条件下的弹丸反射光信号,其中包括弹丸形状、弹丸反射系数、背景光大小、弹丸速度、电磁干扰和蚊虫侵入等。利用这些不同的光信号对主动光幕测速系统探测单元的性能进行了测试实验,获得了弹尾时刻的最佳判决方式。通过与实地靶场实验对比,进一步验证了弹丸光信号模拟装置的正确性和探测单元的有效性。     

用于CCD立靶的双光幕触发系统研究

针对靶场测试当中CCD立靶测量系统需要稳定可靠触发的需求,提出一种双光幕触发系统。采用镜头式光幕探测器配合高亮度LED慢散射光源组成触发探测光幕,利用2个同样的光幕探测器配合测时装置组成区截测速系统,根据测得的速度值判定飞越探测光幕的目标是否为真实弹丸,并决定是否输出触发信号。根据速度值V和触发光幕至CCD探测光幕的距离计算出弹丸飞越至探测光幕的时间,然后在弹丸飞越将近至探测光幕的时刻输出触发信号。该方案不但可以提高系统的稳定性,避免非真实目标对系统的干扰,还可以为后续CCD图像采集系统在准确时刻提供触发信号。经实验证明,所设计的双光幕触发系统的速度测量误差不大于0.4％,完全满足CCD立靶测量系统需要精确触发的要求。     

测速光幕靶用数字信号处理算法

针对光幕靶在使用中易受到蚊虫、冲击波和光电器件随机噪声干扰因而可靠性差的技术难题,提出一种测速光幕靶用数字信号处理算法。利用数据采集仪采集光幕靶输出的弹丸过靶信号,通过莱达因准则剔除偶发性干扰数据。通过阈值比较法判断出弹丸信号的时间范围后,利用4次高斯公式对一定时间范围内的采样数据进行曲线拟合,并准确计算出半峰值触发时刻点,实现低采样率下的高精度测量。研究的信号处理算法利用计算机进行仿真验证,其原理正确,计算效率高。配合XGK-2002型光幕靶进行实弹射击试验,测试数据表明:该算法可准确计算出各类弹丸信号的过幕时刻,极大地提高了光幕靶的稳定性和适用范围,测量相对误差不大于0.1%。研究的算法同样适用于一类动态特征信号的提取与计算。     

二级轻气炮超高速弹丸发射技术的研究

 本文研究了提高二级轻气炮弹丸速度的发射技术途径。通过数值计算对各种装填参量的影响进行了详细讨论。认为减小弹丸质量、活塞质量以及注气压力，可使二级轻气炮在较少的装药量条件下提供较高的弹丸速度。目前已经做到在5 kg装药时，使30 g的弹丸达到7.2 km/s速度；60 g弹丸达到5.7 km/s速度；26 g弹丸达到7.4 km/s速度。装填3.5 kg药量时，使10.3 g弹丸达到了8.1 km/s速度。     

基于激光阴影照相系统的研究

针对目前高速弹丸飞行参数测量系统采用被动光源存在的光源能量利用率低、对环境敏感等问题，研究了一种组合式主动激光阴影照相系统。在对系统理论分析的基础上建立了高速弹丸的空间位置模型和2种测速模型。搭建了激光阴影照相系统试验平台，对系统设计的合理性进行了检验。试验结果表明:2种测速模型都能实现对弹丸飞行速度的测量，并且2种方法的对比误差比较小；弹丸空间位置在X轴方向的均方差为0.795 mm，在Z轴方向的均方差为0.496 mm。与纸靶的测量结果相比，偏离程度在1 mm范围内；该系统能够实现对弹丸飞行参数的测量。     

用于激光驱动飞片诊断的线成像速度干涉仪

设计并建立了一套完整的线成像激光干涉测速系统,用于激光驱动技术中小尺寸飞片或样品一条线上所有点的速度测量。它将激光压缩为线状照射到靶面,用成像物镜收集靶面的漫反射光并传递到广角迈克尔逊干涉腔中形成干涉,产生的梳妆干涉条纹作为信号载体,用变像管扫描相机记录条纹随时间的变化,用不同位置的条纹移动量反推出不同位置的速度分布,实现空间分辨。系统具有50 ps响应时间和20μm空间分辨能力。用该系统测量了激光驱动飞片的速度场,清晰的扫描干涉图像直观显示了飞片的运动过程和各点的速度差异。用傅里叶变换方法对干涉图像进行处理,得到了靶面一条线的速度和位移分布。     

固体相干成像激光雷达实验

采用单块非平面环形激光器的本地振荡器、种子注入高重复频率Q开关Nd∶YAG激光器的功率振荡器、振镜扫描偏转和光学接收装置、控制和显示等部件构成固体相干成像激光雷达实验装置.利用该装置对目标进行了距离成像和速度测量实验.在图像分辨力为64×64时,获得了成像速度为8 fps的目标距离图像.速度测量平均误差为6%.     

多纵模激光F-P标准具双边缘测风可行性分析

讨论采用多纵模激光器作探测光源用于双边缘多普勒激光雷达测风的可行性。给出了多纵模激光器谐振腔腔长与边缘滤波器F-P标准具腔长之间的关系。分析了多纵模双边缘测风的主要特性,计算灵敏度、信噪比和径向测速误差,并与单纵模测风性能进行对比。可用类似单纵模测风中动态频率跟踪技术解决多纵模激光器频率漂移问题。     

微丝直径激光测量系统的改进及提高精度的研究

提出了以激光为光源的微丝直径测量系统的新方法。就几种影响因素从理论和实验上对激光衍射法测量微丝直径进行了研究,改进测量系统,并以正交CCD组为接收元件。与传统测量方法相比,不再有测量距离的不确定及CCD定位等问题。     

Simultaneous measurements of multiple flow velocity components using frequency modulated lasers and a single molecular absorption cell

Since unsteady, complex flow phenomena play an important role, optical measurements techniques are required for flow investigations, which provide simultaneous measurements of multiple velocity components. Doppler global velocimetry has this potential. It is a flow measurement technique, where the Doppler shift of scattered light is measured by a molecular absorption cell for frequency-to-intensity conversion. However, novel Doppler global velocimeters with laser frequency modulation were only used for single component measurements yet. In order to enhance such a system for the simultaneous measurement of multiple components, a concept based on frequency division multiplexing is introduced for the first time. Besides multiple lasers, only a single molecular absorption cell and a single detector unit is required. Two-component measurements of velocity profiles from nozzle flows are presented as a proof of principle. The designed measurement system provides high measurement rates of up to 20 kHz, which is three orders of magnitude higher than for typical Doppler global velocimetry setups.     

激光多普勒测速实验系统的信号处理

本文详细报导了运用集成锁相环路在激光多普勒测速实验教学系统中实现多普勒信号频率跟踪处理的设计原理和具体实施方案。该处理方法将集成度较高的 L M5 6 5锁相环应用于系统 ,使系统具有电路简单、可靠、可实时测量和结果直观、易操作等特点     

基于裸光纤探头的双点光子多普勒测速系统

全光纤光子多普勒速度测量(PDV)系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动物体的速度测量。多点测量可以获得靶面不同位置的速度,以测量靶面的形变。为提高测量的空间分辨率,提出使用裸光纤束为PDV系统的探头,并在实验上实现了空间分辨率为375μm的双点速度测量。裸光纤探头的间距较小,一个探头的测量结果可能受到另一个探头反射光的干扰。理论和实验的研究结果表明,当靶面各点速度相同时,测量结果不受干扰光的影响;当各点速度不同时,其测速误差不但与两被测点的速度差有关,还与传感光和干扰光的光强和相位有关。