激光速度干涉仪测量法在炸药圆筒试验中的应用

在炸药标准圆筒试验中 ,除了使用电探针测量炸药爆速、用高速相机记录圆筒膨胀过程的传统试验方法外 ,还用激光速度干涉仪 (VISAR)直接测量圆筒表面速度。根据圆筒试验的二维爆轰数值模拟分析结果 ,分析比较了高速相机和激光速度干涉仪的测量结果。     

非均匀性对自由面粒子速度信号的影响

在平板撞击实验中,通常利用应力计或VISAR来获得样品中应力历史或自由面粒子速度信号来研究材料的动态力学性能.本文采用含预制缺陷的K9玻璃作为研究对象,利用口径为37mm火炮加载装置,在靶样品的自由面上2 mm线长度范围内,利用16路激光多普勒探针测量系统(DPS),对样品自由面不同位置的自由粒子速度同时进行测量,此方法不同于传统的单点VISAR测量样品自由面速度,其空间分辨率为127μm,可分辨材料内部非均匀性(尺寸大于127μm的夹杂、缺陷等)对自由面速度信号的影响.本文的实验方法可为从细观尺度研究材料动态力学性能提供一种研究思路.     

VISAR测速中的信号丢失及丢失条纹数的确定

论述了VISAR测速中信号频率与被测速度增量的关系和光电倍增管、数字示波器所能响应的最高速度增量.分析了信号丢失的原因,给出了丢失条纹数的确定方法.最后对VISAR应用中如何正确选择条纹常数提出了建议.     

加窗傅里叶滤波和相干增强扩散在条纹去噪中的比较分析

光学干涉测量具有非接触、高精度和全场测量的优点,能对形变、折射率、位移等信息进行测量。噪声滤除是光学干涉测量产生的条纹图像处理的一个关键问题。加窗傅里叶滤波(Windowed Fourier Filtering,WFF)与自适应加窗傅里叶滤波(Adaptive Windowed Fourier Filtering,AWFF)是有效的频域去噪算法。相干增强扩散(Coherence Enhancing Diffusion,CED)则是基于偏微分方程的空域去噪算法。针对条纹去噪问题,比较了WFF、AWFF和CED在不同密度和不同噪声类型的条纹图上的表现,分析了它们的适用条纹类型。     

ⅥSAR静态干涉条纹分析

VISAR需满足准零程差条件才可能测量任意反射面的速度。分析了入射角和发散角的大小对标准具准零程差位置的影响；就全场干涉问题进行了剖析；模拟了静态调试时各种干涉条纹形状。     

激光干涉测速中信号光纤的模式色散对速度测量的影响

详细分析了测量任意反射面的激光干涉测速系统(VISAR)中信号光纤的模式色散对速度测量的影响,建立了数学分析模型,数值模拟了色散对比度因子与测速系统所使用的条纹常数和被测速度增量之间的关系。研究结果表明:（1）测速时使用的条纹常数越大,信号光纤模式色散的影响越小;（2）被测速度越大,信号光纤模式色散的影响越大;（3）阶跃折射率光纤的色散影响比剃度折射率光纤大得多。通过本项研究,给出了减小信号光纤模式色散的有效措施,对提高VISAR的干涉图对比度及测试精确度具有重要作用。     

干涉条纹图中散斑噪声之滤除

散斑在光学干涉计量中被用作信息载体,但同时它也是严重的噪声.介绍了一种简单有效的滤除散斑噪声的方法,即在加窗富里叶变换域内进行掩模和阈值处理.同富里叶变换和正交小波变换相比,加窗富里叶变换有如下两方面的优点:加窗富里叶基和条纹的高度相似性使得信号与噪声容易分离,而加窗富里叶变换的冗余性则可削弱掩模和阈值处理对信号谱的破坏.此方法的有效性由数值模拟和实验的例子证实.此方法亦可滤除强度型条纹或位相型条纹中其它类型的噪声,如加型噪声.     

干涉条纹图中散斑噪声之滤除

散斑在光学干涉计量中被用作信息载体，但同时它也是严重的噪声。介绍了一种简单有效的滤除散斑噪声的方法，即在加窗富里叶变换域内进行掩模和阈值处理。同富里叶变换和正交小波变换相比，加窗富里叶变换有如下两方面的优点：加窗富里叶基和条纹的高度相似性使得信号与噪声容易分离，而加窗富里叶变换的冗余性则可削弱掩模和阈值处理对信号谱的破坏。此方法的有效性由数值模拟和实验的例子证实。此方法亦可滤除强度型条纹或位相型条纹中其它类型的噪声，如加型噪声。     

多点双灵敏度VISAR测爆轰驱动金属飞层自由面速度

为探索爆轰产物驱动金属飞层的运动规律，用多点双灵敏度VISAR对金属半球三个不同角度的速度历程进行了测量，得到飞层运动的速度-时间曲线，为理论分析与数值模拟提供了条件。     

光纤位移干涉仪在爆轰加载飞片速度测量中的应用

利用光学多普勒效应和外差方法搭建了一台光纤位移干涉仪。装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要由带尾纤的半导体激光器、三端口环形器、光纤探头、宽带探测器以及宽带高采样率示波器等构成。整个装置结构简单,价格便宜,采用了信号光和参考光同轴结构,实现了任意反射面的速度测量,克服了偏振模式色散的影响,能够实现长量程测量,量程达到20 mm。利用该装置进行了爆轰加载下飞片速度测量,测量最高速度达到1 300 m/s,工作距离达到20 mm,同时利用VISAR对飞片速度进行了对比测量,结果表明用两种不同方法所测得的速度曲线吻合很好。     

双透镜双光纤VISAR探头激光接收效率计算

依据球面光路计算的向量公式,编制算法对VISAR光纤探头的光线进行追迹,并由光线轨迹分析靶面光斑大小及探头的接收效率。利用算法对相同参数单透镜和双胶合透镜的VISAR探头进行分析,指出双胶合接收透镜对于提高探头接收效率具有重要意义。     

VISAR数据处理新方法及程序

分析了不同VISAR数据处理方法的原理 ,并在此基础上开发了新的VISAR数据处理程序。该程序采用极坐标法作为计算内核 ,消除了各路信号的不灵敏区 ;计算所需的各个参数相位差、振幅因子的比值 等采用参数拟合的方法从实验信号本身得出 ;程序可以处理信号缺失的情况 ,当四路信号只取得三路时 ,数据处理能照样进行 ;程序的后期处理功能可以判断丢失条纹的数目并恢复速度历史。初步讨论了参数误差对结果的影响。     

对激光干涉测速中信号丢失现象的分析

分析了当应用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量强冲击波作用下样品自由面速度时丢失部分测量信号的问题。除了普遍的光电系统有限频率响应以及数字示波器采样率的影响,主要考虑了干涉仪延迟时间、多模光纤的多模色散对测量信号的影响。干涉仪延迟时间导致速度历史与一个宽度为延迟时间的矩形函数进行卷积,使速度历史的高频细节丢失;多模色散导致干涉信号与某一梳状函数进行卷积,使高频干涉条纹丢失。对丢条纹的整数性进行了分析。     

Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验的计算分析

采用弹塑性流体动力学计算方法对Mg-W体系密度梯度飞片复杂加载实验进行计算设计,考虑到飞片材料制备中单层厚度值和Mg-W最大阻抗混合质量百分数的致密条件限制, 提供12层Mg-W体系飞片的制备参数. 采用研制的梯度飞片在气炮上进行冲击加载-准等熵加载实验, 给出了飞片和LiF窗口界面处速度剖面的VISAR或DISAR实验测试结果, 并通过数值计算对实验数据进行对比, 对出现的异常现象进行了分析和实验验证, 提出以Mg-Cu为飞片材料体系的建议, 为后续深入开展可控加卸载路经和可控加卸载速率的实验研究奠定了基础.      

动载荷下材料的屈服强度变化

描述了冲击加载和准等熵加载下获得材料动态屈服强度的方法,并以钨合金材料为研究对象,通过VISAR测试技术测量了钨合金材料在冲击加载下的屈服强度随压力的变化,并把实验结果与文献报道的准等熵加载下的材料强度变化的实测结果进行了比较。结果表明,准等熵加载下材料的屈服强度明显高于冲击加载下的材料屈服强度,并认为这主要是由于两种加载方式下材料的温升效应不同所造成的。     

单轴恒速偏频激光陀螺航姿系统晃动基座快速对准自适应滤波方法

以自主设计的单轴恒速偏频激光陀螺航姿系统为研究对象,在分析车载晃动基座上初始对准时残差序列特性的基础上,通过加窗估计测量噪声方差,并对测量信息进行去相关处理,进而提出了测量去相关改进的基于残差的测量噪声自适应滤波算法.实验室内静基座和车载晃动基座实验测试结果表明,所设计的自适应滤波算法与标准卡尔曼滤波算法相比,不需要预先精确得到测量噪声统计特性,并且车载晃动基座初始对准在200 s 时间内方位角误差小于40〞.     

冲击压缩下氧化铝陶瓷中破坏阵面的传播

进行了平面冲击波压缩下氧化铝陶瓷中破坏阵面的实验测试和理论探索. 通过氧 化铝陶瓷的平板碰撞实验，借助VISAR测试系统测量了试件自由面的质点速度历程，并对回 收试件进行了电镜扫描观察. 质点自由面速度历程曲线表明，氧化铝陶瓷材料中存在破坏阵 面的传播. 考察了破坏阵面的传播特性，给出了陶瓷材料的动态破坏模型，并对破坏阵面的 传播进行了数值分析.     

有氧化剂(AP)含铝炸药的爆轰性能

对有氧化剂含铝炸药(RDX/AP/Al/粘合剂=20/43/25/12,下称含铝炸药)爆轰反应的点火增长模型进行研究。用VLW状态方程方法计算了含铝炸药爆轰产物JWL状态方程;用激光速度干涉仪（VISAR）测量炸药/窗口界面粒子速度和炸药驱动金属平板自由表面速度,对试验进行了数值模拟计算,拟合了含铝炸药的反应速率方程。研究结果表明,用VLW状态方程方法和炸药/窗口界面粒子速度确定JWL状态方程和反应速率方程可行,金属平板驱动试验的计算结果与试验结果吻合。     

不同应变率下45钢的层裂研究

本文在利用轻气炮加载技术，确定击靶速度为500m／s左右的非对称碰撞情况下，利用VISAR测试技术，测得样品后表面的的自由面速度历史，并通过在靶前加不同阻抗的铝和有机玻璃(PMMA)来改变材料的加载应变率，其应变率范围在10^4-10^5／s情况下，测得45钢的层裂强度受应变率的影响．     

飞片在平面爆轰加载下的运动规律研究

采用多点激光测速系统（VISAR）和卷筒式电探针等测试技术，对钢，铝飞片在平面爆轰加载下的运动规律进行研究，给出了飞片在空腔中的位置h与时间t的关系曲线及飞片自由面速度v与时间t的关系曲线。还给出了采用流体力学的有限差分SSS计算程序算出的飞片自由面速度值，并与VISAR实测值进行了比较。