激光干涉测速技术在内弹道弹丸速度测量中的应用研究

 利用任意反射面激光干涉测速（VISAR）系统以及全光纤位移干涉仪（FDI）,测量了线膛炮弹丸速度,获得了线膛炮弹丸在0~491 μs内从零加速到140 m/s的速度历史,弹丸运动了20.7 mm,出炮口时的弹丸速度为817 m/s。实验结果表明,影响激光干涉测速技术在内弹道测量中应用的主要因素是炮口烟。研究结果对于深入探索激光干涉测速技术在内弹道测量中的应用有重要的参考意义。     

二级轻气炮弹丸速度过程测量实验技术

轻气炮弹丸在膛内的速度、加速度及弹底压力是轻气炮及发射系统设计的关键参数，实验测量这些参数对完善内弹道理论、研究新型轻气炮以及对常规武器进行校验等有着非常重要的指导意义。     

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。     

串联式电光开关实现光脉冲宽度大范围可调

为了获得大范围脉宽可调的光脉冲,以连续激光为光源,采用两个外腔调制型电光开关,将该连续激光调制成单脉冲光源.其中两个外腔调制型电光开关采用串联方式工作,两者之间的检偏方向相互垂直,由第一级电光开关实现激光脉冲的快速开启,第二级电光开关实现激光脉冲的快速关闭.通过延时同步机对两个电光开关的动作时间进行控制,从而实现光脉冲宽度大范围可调.实验研究获得了最窄脉冲宽度40 ns,最宽脉冲宽度400 μs的532 nm激光脉冲.     

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1.5 m·s-1和150 m·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.     

宽动态范围的双正交磁光电流传感器技术

提出了一种新的双正交磁光电流传感器技术,该技术可解决传统磁光电流传感器测量大电流脉冲时仅根据正弦或余弦信号无法唯一确定法拉第偏转角的技术难题。在该传感器中,起偏器的透光轴与两个偏振分束器的S分量偏振方向有0与45的夹角,四路输出信号两两之间有/2的相位差。针对该传感器,提出了大电流脉冲的一种反正切函数数据处理方法,该数据处理方法具有可避开正弦函数的不灵敏区间,从而提高数据处理精度的优点。采用双正交磁光电流传感器与罗果夫斯基线圈对比测量了FP-1装置的短路电流脉冲,两种测试技术的实验结果能很好地吻合,证实该光学电流传感器可有效地测量大电流脉冲。     

串联式电光开关实现光脉冲宽度大范围可调

为了获得大范围脉宽可调的光脉冲,以连续激光为光源,采用两个外腔调制型电光开关,将该连续激光调制成单脉冲光源.其中两个外腔调制型电光开关采用串联方式工作,两者之间的检偏方向相互垂直,由第一级电光开关实现激光脉冲的快速开启,第二级电光开关实现激光脉冲的快速关闭.通过延时同步机对两个电光开关的动作时间进行控制,从而实现光脉冲宽度大范围可调.实验研究获得了最窄脉冲宽度40 ns,最宽脉冲宽度400μs的532 nm激光脉冲.     

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。     

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 dB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%。     

高时空分辨线成像VISAR在爆轰波物理中的应用

为弥补离散多点激光干涉测速技术空间分辨力弱、系统复杂和成本高的缺点,研制了一套适用于爆轰波物理诊断的高时空分辨的线成像VISAR,其响应时间小于400ps,在约12mm线视场时空间分辨小于100μm。将该仪器应用到空腔驱动平面靶、空腔驱动台阶靶、接触爆轰驱动双样品靶和接触爆轰驱动楔形复合靶的爆轰实验诊断中,实验结果体现了线成像VISAR超高的连续空间分辨能力。线成像VISAR技术将能为爆轰波物理领域中的某些特殊测速需求提供技术支持。