一种新型薄腔法-珀干涉测速系统研究

本文所关注的激光干涉测速技术主要用于测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,介绍了基于光学谐振腔的选频特性利用薄腔法-珀干涉仪直接测量高速飞片所引起的多普勒频移从而获得其速度信息的设想,并根据此设想构建薄腔法-珀干涉测速系统的技术路线。最后描述了利用该项测试技术实际测量金属箔电爆炸驱动的Kapton膜飞片速度的实验并对实验结果进行了分析。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点。     

用于瞬态高速飞片速度测量的光子多普勒测速系统

针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题,基于光子多普勒效应和自混频原理,采用1 550 nm单模激光,成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度,结果显示:该系统测试成功率高,响应速度快,获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比,具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s～几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量,也可应用于常规爆炸流场的测试。     

光子多普勒测速仪的单探头多目标测速能力研究

随着相关研究的发展,在冲击波物理、爆轰物理、强激光、兵器等众多领域中,均提出了通过单个探头对小范围内的多个目标,如多个小飞片或粒子群,同时进行高精细度速度测量的要求,为满足该要求,论述了光子多普勒测速的工作原理和光路结构,分析了单探头多目标测速应用时的信号特征和数据处理方法,指出速度分辨率和空间分辨率是决定该性能的关键因素。根据理论分析结果,采用光通信行业中的常规器件,搭建了一台光子多普勒测速仪,并设计了爆轰实验装置,同时利用该装置进行了爆轰加载金属飞片的验证实验。实验结果表明,使用单个光子多普勒测速探头,对单个大尺寸铝飞片、多个小尺寸铝飞片、铅靶喷射粒子群等单个或多个运动目标均达到了较好的速度测量结果,获得了各目标的速度曲线以及多条速度曲线构成的速度带,测量最高速度达到2.5km/s,工作距离达到20mm。研究结果对于深入探索光子多普勒测速技术在单探头多目标测速中的应用有重要的参考意义。     

用于冲击波速度测量的自检式光纤传感系统

针对爆轰物理与冲击波物理实验中冲击波速度的测量,设计了一种带自检功能的光纤冲击波速度传感系统。系统采用直接测量冲击波到达固定测点时间的方式间接测量冲击波速度。传感头采用自发光式镀膜光纤探针,通过高速光电转换模块与示波器实现对冲击波到达时间的获取,由脉冲激光模块向传感通道耦合入脉冲激光,通过对光纤探针端面反射光脉冲信号的检测实现全系统功能自检以及各通道信号传输时间的测量。对泰安(PETN)样品冲击波速度进行了测量,实验结果表明:系统的冲击响应信号前沿小于5 ns,系统测量不确定度优于3 ns,计算结果与PETN标准爆速对比的误差为0.6%。系统具有可靠性高、响应速度快和时间分辨率高等特点,为爆轰物理和冲击波物理实验中冲击波速度测量提供了一种有效的测试手段。     

多路复用光子多普勒测速复用方案分析及实验研究

对光子多普勒测速(PDV)的基本原理和光学外差技术进行了阐述,对时分、波分、波分时分联合等三种多路复用光子多普勒测速(MPDV)复用方案进行了深入的分析,并指出了各种方案适宜的多点测速类型。根据理论分析结果,设计并搭建了一套2路波分加2路时分的MPDV,并设计了爆轰实验装置,同时利用该装置进行了爆轰加载铝飞片的验证实验。结果表明,较好地实现了MPDV技术,并从其复用了4个测点速度信息的1路干涉信号中,分别解读出了各个测点的多普勒频移曲线及速度曲线,最高速度达到2.5km/s,飞行时间达到16μs,同时验证了MPDV与常规PDV和外差式PDV在静态干涉信号、多普勒频移曲线、速度曲线等方面的差异性和相同点。研究结果对于研究大数量点数MPDV有重要的参考意义。     

Fabry-Perot干涉仪测量爆轰加载下的飞片自由面速度

为了获得有效的爆轰加载下的飞片自由面速度剖面的测量结果,设计了一种紧凑的Fabry-Perot干涉仪。采用固定腔结构使该干涉仪能够抗机械振动干扰并产生稳定的干涉条纹,可以做到在实验中免除干涉仪的调节,从而提高实验效率。采用光纤传光的方式使得实验具有更大的灵活性。用该干涉仪成功测量了φ40mm×20mm的T/Γ35/65炸药爆轰加载下的1.5 mm厚钢飞片的自由面速度,测得的最高速度大于2 km/s,给出了干涉条纹的狭缝扫描图像以及连续的自由面速度历史。     

爆轰实验中接触测量与非接触测量的应用对比

以爆轰实验中常用的电探针测试系统和激光干涉测速系统为例,研究接触测量与非接触测量对爆轰实验测试结果的影响。在平面爆轰波驱动金属飞片实验中,利用电探针测试飞片到达固定位置处的时刻,同时利用VISAR测试飞片飞行速度历史,对两者的测试数据进行对比分析,结果表明:光杆探针与卷筒探针的第一台阶测试结果一致,卷筒探针的第二台阶由于飞溅物等原因,比光杆探针提前导通约0.1μs;3个层面的光杆探针测试结果与任意反射表面的速度干涉仪(VISAR)测试结果一致。分析认为,在爆轰实验中,由于被测物体处于高温高压状态,且运动速度很快,接触测量产生的测力也将随之加大,在固定点位置,接触测量将对飞片上此点的后期运动产生明显影响;对于被测飞片的整体运动,由于电探针尺寸重量等远小于飞片,接触测量在固定点造成的影响对整个飞片来讲可以忽略不计,因此得到与非接触测量一致的测试结果。     

同时线成像和分幅面成像任意反射面速度干涉仪测速技术

研制了一套线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)用于激光驱动飞片速度场时空分辨测量。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹,实现靶面一条线上各点速度历史和多个时刻二维靶面上所有点速度的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有小于10μm的空间分辨和约15m/s的速度分辨能力,线成像VISAR时间分辨小于50ps,面成像VISAR曝光时间小于5ns。用其测量了激光驱动带约束刀口铝膜飞片的速度场,给出了高时空分辨全场速度分布,从中可以清晰看出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR将是各种飞片产生技术及相应加载手段中全场速度诊断的有力工具。     

F-P干涉仪在长度测量领域的应用

F-P标准具和干涉仪利用多光束干涉的原理,产生极锐的干涉条纹并且谐振频率对F-P腔长的变化非常敏感,根据这些特点,从利用F-P干涉仪进行激光器的频率锁定、稳频,光学倍程精密定位和纳米测量三个角度综述了在长度测量领域F-P干涉仪的发展情况;在分析主要存在的问题和解决方法的基础上,讨论了F-P干涉仪的发展方向,并指出在纳米测量中F-P干涉仪将起到越来越重要的作用。     

光刻用准分子激光器中心波长在线测量研究

实现了一种准分子激光光刻光源中心波长的实时测 量方法。基于法布里珀罗(F-P)标准具与中阶梯光栅的相关测量 装置,通过对 F-P标准具的干涉条纹和光栅衍射条纹的分析,实现了对光刻光源输出激光中心波长的在 线有效测量。整 个测量装置体积小、成本低,在500～3000Hz 高重频条件下,实现了亚pm量级的测量精度,标准差低于0.1pm,取 得了较好的实验结果。     

激光干涉仪在微型爆炸容器研究中的应用

介绍一种利用现代光通讯技术发展的单模光纤和光纤无源器件,以及半导体激光光源和高速半导体探测器构成的激光干涉测试系统,该系统可实时测量高频条件下微弱质点的速度和位移.对步进电机及冲击加载条件下,花岗岩表面的粒子速度及位移进行了测量.实验结果表明:该系统工作稳定,可用于高频发散弱应力波的检测;具有非接触测量、不用埋入、不干扰目标运动,测试精度高等优点.     

基于激光散射的高速微粒测速系统

高速微粒速度测量技术是空间高速粒子地基模拟系统中的一项关键技术。设计并实现了一种利用激光光幕对高速运动微粒的非接触式速度测量系统,分析了测量误差以及进一步提高测量精度的方法。该系统以高功率半导体激光器作为光源,同时采用PIN光电二极管作为光电探测器,利用接收侧向散射光脉冲作为起始和结束信号以测量微粒的平均速度。实验结果表明,该系统可对速度范围为1~10 km/s,直径大于100μm的高速微粒进行测速,精度优于1.8%。     

激光直接驱动飞片空腔靶的数值模拟

数值模拟了激光直接驱动铝飞片空腔靶模型。描述了激光直接驱动下 ,飞片的飞行状态和靶中冲击波的传播特性的物理图像 ;分析了不同参数对飞片状态和靶中冲击波特性的影响程度。模拟结果分析表明 ,如果靶结构参数与激光条件匹配 ,采用适当厚度的三台阶靶 ,可能实现状态方程的绝对测量。     

多点光子多普勒测速仪及其在爆轰物理领域的应用

爆轰物理、冲击波物理、强激光等众多领域均提出了对多个目标同时进行测速的要求,从而急需研制多点测速系统。论述了光子多普勒测速的工作原理和光路结构,计算了整个光纤链路上的功率变化,分析了多点光子多普勒测速系统最大通道数量的各个影响因素及影响程度。根据分析结果,研制了一套八通道光子多普勒测速样机,可对8个测点进行同步测速,并进行了爆轰加载金属飞片和粒子的验证实验。实验结果表明,在测试条件逐渐恶化,探头接收效率逐渐降低的情况下,样机对单个或多个运动目标均达到了较好的速度测量结果,获得了信噪比较高的待测目标速度曲线。研究结果对于深入探索多点激光测速技术及其应用极具参考意义。     

激光等离子体空气冲击波前参量的测定及研究

根据空气中激光等离子体冲击波自由衰减条件下的波前传播方程和冲击波波阵面处动量、能量、质量守恒定律 ,给出了冲击波波阵面处温度、压强、气体密度、粒子运动速度等重要参数的计算公式 ,并与实验数据进行了比较。结果表明当波速小于空气中正常声速的 1 5倍时 ,波阵面处出现热力学量参数突变的冲击波模型不再适用 ,出现了冲击波向正常声波过渡的新特性     

Steady-state electromagnetic shock in Kerr liquid

Solutions are obtained for a steady-state electromagnetic shock in a nonlinear Kerr liquid. The equations for the liquid are those of De Martini et al. [1]. It is found that a shock solution can always be found regardless of the magnitude of the nonlinear parameter relating the change of propagation velocity to the energy density. Every shock is described completely, for a given material, in terms of two parameters; e.g., the energy density on one side of the shock and the speed of the shock.     

一种用于振动测量的全光纤传感器

振动的研究和测试是现代工业发展的一项基础,在振动测试领域,研制一种测量精度高、调试方便、数据处理快的绝对计量系统具有重要意义。本文中的全光纤传感器测试频率可以从零点一赫兹以下到数十仟赫,测试加速度可>105g。该系统采用光纤耦合器和单模光纤构造干涉光路,通过干涉光在系统中的正反传输时,由于振动源对干涉光束反射时的位置不同,形成了系统的干涉,从而进行振动位移,速度和加速度测试。而且这种新型结构的全光纤干涉系统能够消除干扰信号,提高测量精度和系统的稳定性。本文主要介绍了该系统的工作原理及其在超低频振动测试和冲击波测试中的应用。     

HF radar wave and wind measurement over the Eastern China Sea

High-frequency (HF) radar can be employed to measure sea surface state parameters such as waveheight, wind field, and surface current velocity. This paper describes the application of the HF ground wave radar in remote sensing the surface conditions over the Eastern China Sea in October 2000. The radar, referred to as the OSMAR2000, was developed by Wuhan University. Preliminary wave spectra, waveheights, and wind fields estimated from the collected data are presented and compared with ship-recorded measurements where such are available. The range for wind direction sensing is up to 200 km. Wave information and wind speed can be provided up to a range of 120 km. The mean difference between radar- and ship-measured significant waveheight is 0.323 m; wind direction is measured within 20/spl deg/; and wind speed to within 0.6 m/s. With such agreement being fairly reasonable, the feasibility of the inversion algorithm and the ocean state real-time sensing capability of OSMAR2000 are demonstrated.     

Multi-Channel FIR HCN Laser Interferometer on HT-7 Tokamak

A Five-channel far-infrared (FIR) hydrogen cyanide (HCN) laser interferometer was developed to measure plasma electron density profile on the HT-7 superconducting tokamak. The structure of the five-channel FIR laser interferometer is described. The laser source used in the interferometer was a continuous wave glow discharge HCN laser with 3.4 m cavity length and 100 mW power output at 337 μm wavelength. The temporal resolution was 0.1 ms and the detection sensitivity was 1/12 fringe. Preliminary experimental results measured by the interferometer on HT-7 tokamak are reported.