基于激光干涉测试技术的分离式Hopkinson压杆实验测试系统

分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验的传统测试技术是基于应变片的电测技术,测试结果的可靠性强烈依赖于应变片与杆之间粘贴质量,受到人为因素的影响较大。本文中采用基于多普勒频移原理的双探头全光纤激光干涉测速技术,以粒子速度为监测目标,借助应力波传播理论,换算成试件的应变和应力,从而建立了SHPB实验的非接触光学测试系统。针对韧性和脆性两类材料,分别提出了激光正入射和激光斜入射两种测试技术。再以铝合金和PZT陶瓷为例,通过与传统的应变片测试结果以及DIC测量结果的对比分析,验证了两种测试技术的有效性。与传统的应变片测试技术相比,新的激光干涉测试技术具有免标定、抗干扰、可靠性高等许多优点,有助于实现SHPB实验测试系统标准化。     

一种光学触发方式在火炮实验中的应用

建立了用于火炮测试系统的激光触发系统。实验考核结果表明:该触发系统具有较高的触发可靠性。     

冷原子重力仪单激光器系统倍频方法

针对原子干涉重力仪野外测量需求,提出一种基于单激光器系统倍频方法的高稳定、小型化激光系统方案。首先,分析了冷原子重力仪激光倍频原理;然后,以单台1560.4 nm光纤外腔激光器作为光源,基于激光倍频技术,设计了用于87Rb原子干涉重力仪的高稳定、小型化激光系统方案;最后,测试了用于重力测量的两路激光输出光束的功率稳定性。实验结果表明当780.2 nm激光输出功率为1.1 W和1.9 W时,对应功率均方根起伏分别为0.13%@4 h和0.15%@4 h,两路均可输出功率稳定、模式优良的780.2 nm激光,该系统可实现T=70 ms干涉测量,对应噪声灵敏度为610μGal/Hz。使用倍频方法的单激光器系统,实现了传统双激光器系统功能,具有高稳定、小型化特点,为原子干涉重力仪野外测量提供了技术基础。     

光纤全息照相系统

介绍了光纤全息照相系统的原理，对光纤全息照相系统的器件选择进行了说明，分析了照相系统设计时应考虑的问题，为我所的物理测试技术及全息测试应用范围的扩展提供一些参考。     

集成光学角速度传感器及其关键器件的研制

本文介绍了清华大学研制的集成光学角速度传感器 ( IORS)系统方案及其关键器件 ,包括 :( 1 )窄线宽单模光纤 Bragg光栅外腔式二极管激光器 ( FBG- LD) ;( 2 )声体波的声光移频器 ( AOFS)及其直接数字合成 ( DDS)的控制电路 ;( 3)谐振型 IORS( R- IORS)的实验装置 ,采用光纤仿真的光波导 Sagnac敏感环 ( SSR) ;( 4 )干涉型 IORS( I- IORS)的实验装置 ,采用光纤仿真的再入式 SSR。采用上述 AOFS研制了一种全光纤延迟的自外差测量系统 ,用于测量上述 FBG- L D。初步的实验结果表明 ,所提出的上述 R- IORS和 I- IORS都可开发为新型光学陀螺的产品     

激光线宽对干涉式光纤陀螺性能影响分析

干涉式光纤陀螺的标度因数稳定性进一步提升受限于宽谱光源平均波长扰动水平,影响了其对于旋转速率的测量精度以及在复杂环境下的长期使用。采用中心波长更稳定的激光能有效提升光纤陀螺的标度因数性能,但是激光的线宽窄,会重新引入宽谱光源已经基本消除的主要误差源。针对以激光作为干涉式光纤陀螺驱动光源的应用背景,基于光物理场方程计算得出干涉式光纤陀螺中克尔效应、偏振耦合以及背向散射误差与激光线宽的关系,并定量分析出在激光谱宽范围内的各项误差源。此外搭建了光纤陀螺实验系统,分别以窄线宽激光和通过外部相位调制进行光谱展宽后的激光为光源进行静态测试验证。实验结果表明,不同光源线宽下陀螺的角度随机游走和漂移同理论模型一致,证明了模型的正确性,且光纤陀螺在展宽激光驱动下,可满足零偏不稳定性优于0.01?°/h的导航级需求。     

反射式全光纤激光测速法在气炮实验中的应用

建立了用于一级轻气炮弹速测量的全光纤激光光束反射测量系统(All Fiber Optical Beam Reflectance简称AFOBR)，进行了弹速动态测量实验，并与传统的电探针测速技术进行对比。结果表明：与传统的电探针测速技术相比，AFOBR测速系统具有较高的测速精确度和可靠性，其速度测量的相对扩展不确定度小于等于0．5％。     

激光干涉测速中信号光纤色散测量

为对激光干涉测速系统(VISAR)中信号光纤的色散特性进行快速测量,搭建了一种基于时域法的 多模光纤色散测量装置。该装置由532nm 的皮秒激光器、快响应光电探测器以及宽带数字示波器组成,通 过对输入光纤前后的光脉冲时间宽度进行测量,来获得光纤的脉冲响应3dB脉宽(即色散时间)。利用该装 置分别对一根长度为123m 的国产梯度折射率光纤以及一根10m 长的阶跃折射率光纤在532nm 波长附近 的色散特性进行了测量。测得的梯度折射率光纤色散时间为(68316)ps,对应3dB频响带宽为646MHz; 阶跃折射率光纤色散时间为(163114)ps,对应频响带宽为271MHz。对实验结果进行了测量不确定度分 析,并与理论计算值进行了比较,获得了较好的一致性。研究表明,利用该实验装置,可对激光干涉测速应用 中信号光纤的色散特性进行迅速、准确的测量,从而为实验中信号光纤类型、长度等的合理选用提供参考。     

分布式光纤传感测试系统(BOTDA)用于H型钢梁变形监测的实验研究

介绍了分布式光纤传感测试系统(BOTDA)的应变测量原理,并应用BOTDA技术对H型钢梁加载后的应变分布进行了测量。试验表明,BOTDA的应变测量结果与电阻应变片的测量结果及理论值具有良好的一致性。光纤测量的数据是连续的,因而更加适用于那些需要测试连续变形的结构。由BOTDA的实测应变分布推算出的H型钢梁的弯矩和挠度,与理论分析结果高度吻合。作为先进的监测技术手段,分布式光纤传感测试系统应用于SMW工法桩施工监测是完全可行的。     

基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法

分布式位置姿态测量系统(POS)依靠传递对准来精确测量多任务成像传感器的多节点运动信息,然而,节点间的柔性基线精度限制了传递对准精度。针对此问题,提出了一种基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法。首先研究了光纤光栅形变测量方法,利用光纤光栅传感器获取变形位移和变形角度;然后利用光纤光栅的形变测量信息修正传递对准量测方程,重新建立传递对准模型;最后搭建了柔性基线测试实验平台,进行实验测试。实验结果表明,所提出的方法可以精确测量多节点之间的柔性基线,同时也可为分布式POS的应用提供强有力的支持。     

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。     

一种高抗振性能熔锥型光纤耦合器

随着光纤耦合器在军用光纤传感领域的广泛应用,普通熔锥型光纤耦合器抗振性能已不能完全满足军用设备的需求,现有的传统光纤耦合器制备工艺有待进一步改进和完善。为提高熔锥型光纤耦合器抗振性能,拓宽其应用领域和使用可靠性,文中给出了一种高抗振性能熔锥型光纤耦合器制备技术,该技术是通过在石英槽内填充低折射率介质,缩短或消除耦合锥区长度,达到提高光纤耦合器抗振性能的目的。对填充熔锥型光纤耦合器的光学性能、机械性能和温度性能进行测试,测试结果表明该器件基本保持了未填充光纤耦合器的光学性能和温度性能,同时较大地提高了光纤耦合器抗振性能。对50只器件进行机械冲击试验,冲击量级从500g/1 ms逐级调至2000 g/0.5 ms,无器件失效;对11只器件进行跌落试验,跌落高度由0.0 m调至3.0 m时,无器件失效。     

火炮试验技术

本文介绍了火炮试验的原理、方法和开展火炮试验及相关测试的技术.指出了火炮试验中应注意的技术问题,同时分析了火炮试验及相关测试技术的发展现状,并对目前火炮试验中需进行改进的技术问题进行了剖析,提出了建议.     

光纤陀螺仪在惯性测量组合中的应用分析

介绍了闭环方案的干涉型光纤陀螺仪和捷联惯性测量组合。针对惯测组合的特定应用，分析了其面向的系统环境。通过对环境引入陀螺仪的误差项及其控制方案进行了具体分析和比对，提出了较优的应用方案和测试参数。采用该方案的惯性测量组合进行了充分实验和实际应用，证明了其可行性。     

基于微波干涉测速技术的二级轻气炮/火炮内弹道参数诊断

测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程,对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同,不同目标的反射特性也不同,为获得最佳的测试结果,设计了两个波长的微波干涉测速系统。对二级轻气炮和高速火炮的内弹道速度进行了连续测量,并利用短时傅里叶变换与相位计算相结合的方法进行了数据处理。实验成功获取了完整的内弹道数据,所测弹丸炮口速度与光束遮断测速装置测试结果差异小于0.5%。通过对内弹道实验数据的分析,证实了二级轻气炮在某些装填条件下易出现碎弹现象。此外,首次观测到二级炮内弹道内前冲气体速度历史,可为研究高速气体的温度、压力、电离等状态提供数据支撑。     

激光光通量位移计在Hopkinson杆中的应用

简要介绍了激光位移测试技术的基本原理及实现方案,准静态和动态标定结果表明该系统可以用 于动态测试。给出了激光光通量位移计在Hopkinson杆实验中的3种应用:(1)用激光光通量位移计可以监 测试样的横向变形,从而得出试样的动态泊松比;(2)在动态断裂实验中,激光光通量位移计可以监测裂尖张 开位移,结合应变片的信息可以得出试样的动态断裂能;(3)将激光光通量位移计和石英晶体应力计相结合可 以直接在试样两端得到应力应变信息,用来测量超软材料在中应变率下的力学响应。     

冲击作用下快响应光纤探针研究

为满足在特殊的环境条件下对冲击波速度、飞片速度等冲击波物理参数的精密测量要求 ,开发了一种快响应光纤探针技术。该光纤探针由一根一端镀膜的梯度石英光纤和一根金属套管构成。在测量爆轰波、飞片和冲击波到达时间的实验中 ,可达到纳秒甚至亚纳秒的时间响应。实验证明该技术是一种可靠的、高时间分辨率的测试手段。     

基于Bragg光纤光栅的位移-应变传感器分析

光纤光栅传感器技术应用于力学测试是国内外正在发展的一门新技术.本文基于光纤光栅传感的基本原理,介绍了一种用于位移测量的应变传感器,测得应变与位移变化具有良好的线性特点,重复性好;对该传感器的测量过程进行了有限元模拟,并与实验值进行了比较.     

超高速小弹丸激光片光测速系统的研制及应用

为满足轻气炮实验中对超高速小弹丸的测速需求,研制了一套激光片光测速系统.系统采用片光压缩技术、光谱滤光技术以及电路滤波和宽带放大技术,解决了超高速小弹丸测速成功率低和易受干扰的问题,测速信号具有较高的信噪比.在轻气炮实验中,该系统实现了对高速小弹丸的速度测量,与激光光束遮断法对比,测量结果的不一致性小于1％,系统的测量...     

基于光纤陀螺零偏稳定性的高精度寻北方案

为了进一步提高光纤陀螺寻北系统的测量精度,提出了一种基于光纤陀螺零偏稳定性分析的寻北算法设计方案.首先,分析了光纤陀螺寻北系统的原理和影响系统寻北精度的主要因素,指明在寻北时间一定的情况下,需要根据光纤陀螺零偏稳定性的测试结果来平衡单位置积分时间及位置数,来达到较高的寻北精度.实验数据表明,本系统利用精度为0.03 (°)/h的陀螺进行5 min寻北测试,采用56位置法可以实现3′的寻北精度.此方法突破了传统寻北算法的参数选择标准,能够最大程度抑制陀螺的测量噪声,大幅提高寻北系统性能,对其它陀螺寻北系统的参数选择具有借鉴意义.