全光纤速度干涉仪设计及应用

针对冲击波物理与爆轰物理等研究领域中对高速运动物体进行连续速度测量的需求,设计了一种全光纤速度干涉仪.该干涉仪采用单模光纤作为光传输和延迟元件,对t和t-τ两个时刻由于速度变化而引起的多普勒差拍信号进行检测.由于两个时刻的两束光信号对应的待测物体速度变化不大,因而两者几乎有相等的频移量,从而大大降低了差拍信号频率.并且,通过光纤长度的改变,灵活调节条纹常量(τ值),使差拍信号频率不超过记录系统的带宽,从原理上解决记录系统响应带宽受限问题,拓展测速的上限.单模光纤的采用,对漫反射光起到了较好的选模作用,使干涉仪实现了对漫反射靶的测量.实验设计了1.5m.s-1和150m.s-1两种条纹常量,对低速过程的霍普金森杆实验和高速过程的激光驱动实验分别进行了测试,取得较好结果,证明了该干涉测试技术的有效性.     

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。     

连续测量爆轰波和冲击波波阵面位置的波长-时间映射型光纤光栅传感器技术

针对强度型线性啁啾光纤布拉格光栅(LCFBG)传感器测量爆轰波、冲击波波阵面位置时不仅需要LCFBG被完全破坏,而且需要其反射长波长处先于短波长处被破坏的缺点,建立了一种波长-时间映射型LCFBG传感器技术。该技术通过高重频、锁模飞秒激光器和色散光纤将爆轰波、冲击波作用下LCFBG的瞬态反射谱,转为相同形状的脉冲信号,然后根据该脉冲信号的3 d B时宽计算出LCFBG的长度,即为爆轰波、冲击波波阵面位置。对波长-时间映射型LCFBG传感器的时间分辨本领、波阵面位置的相对测量不确定度进行了分析,得出它们的值分别为10 ns和1.7%;针对波长-时间映射型LCFBG传感器,提出了一种二维时间映射数据处理方法,将脉冲信号的一维时间映射为二维时间,从而将脉冲信号转换为二维图形,再通过一系列变换,就可获得爆轰波、冲击波波阵面位置的二维图形。为验证该技术的有效性,用波长-时间映射型LCFBG传感器测量了JB-9014炸药的爆轰波波阵面位置,对位置曲线进行线性拟合得到的爆轰波速度为7.58 km/s,与电探针测量值7.63 km/s能很好地吻合,相对偏差小于1%。     

多点激光干涉测速系统和电探针技术在飞片速度测量中的应用对比

 多点激光干涉测速系统和电探针技术均可用于测量高速运动物体的运动参数,为了相互验证测试结果,分析测试系统各因素对测量精度的影响,在平面爆轰波驱动飞片的实验中,利用多点激光干涉测速系统和多组电探针,同时测量金属飞片的自由面速度。将多点激光干涉测速系统测得的飞片速度-时间曲线进行积分,得到飞片的位移-时间曲线,并与电探针测得的飞片到达预定位置的时刻进行对比。结果表明：多点激光干涉测速系统各测点测得的飞片自由面速度随时间的变化曲线一致,各测点测得的速度最大相对偏差为1.45%;对两套测试系统的零时及信号传输时间进行修正后得到,当飞片飞行至5、10、15 mm位置时,电探针测得的飞片到达时刻与多点激光干涉测速系统测试结果的最大偏差值分别为0.02、0.02、0.07 μs;两套系统在同一测点的测试差值随飞片飞行距离的增加而增加,其原因可能是,炸药透镜的波形差对飞片运动的影响随着飞片飞行距离的增加而增大。     

测量炸药旁侧爆轰波速度的啁啾光纤布拉格光栅传感器技术

提出了一种适用于啁啾光纤布拉格光栅CFBG(chirped fiber Bragg grating)传感器测量爆轰波速度的实验公式,该公式考虑了ASE(amplified spontaneous emission)光源的光谱、CFBG的平坦度对测量的影响;研究了CFBG的反射谱线宽与长度的理论关系,并设计了测量CFBG反射谱线宽的实验装置,从而可计算出CFBG长度。搭建了测量CFBG传感器系统常数的实验装置,并利用实验数据拟合了系统常数;用CFBG传感器测量了RDX/TNT(60/40)的旁侧爆轰波速度,与其爆速有3.4%的差异。     

角色散FP干涉测速技术应用与分析

发展了固定腔结构的角色散FP干涉测速系统,干涉仪结构紧凑,采用固定腔标准具,实现了干涉 条纹永久免调,并且条纹常数的标定非常简单。该系统可用于靶面反射光强动态变化很大的场合,在电炮驱 动Mylar膜飞片实验中,光强变化达100倍时仍然获得了很好的结果。分析了标准具厚度误差、标准具端面 不平行、干涉条纹动态展宽和扫描图像畸变等因素对系统测量精度的影响以及系统的速度和时间分辨能力。