[发明专利]自由端面运动速度测试系统

说明书

一技术领域

本发明涉及一种光学测量装置，特别是一种用于自由端面运动速度测试的光学测试系统。

二背景技术

现有技术对于冲击波作用下自由面运动速度的测量，大多采用光电探针测量激波到达自由面及刚出自由面一点的时间差，然后有两点之间的距离来推算自由面运动速度。《高压物理学报》2005年9月第19卷第3期中报道了由王荣波等发表的题为“两种光纤探针在冲击波作用下的时间响应特性”文章，其结构主要是由光纤探针、探针定位器、光纤、光电倍增管、高频电缆和数字示波器组成。系统的光纤探针技术利用了融凝石英在受到冲击压缩是会产生很高的冲击温度，同时产生光辐射这一特性作为产生信号的机理，其测量原理是，当自由端面到达光纤端面时，光纤探针产生一个瞬时光信号，这个光信号经光纤传输到光电探测器，变换为电信号，再由示波器记录，通过判读就可以知道自由端面到达光纤探针的时刻。这里光纤探针获得的是自由端面到达某个空间位置的时间信息。在自由端面行进的方向上，可以设置两根有一定间距的光纤探针，通过测量两根光纤探针的信号时间间隔，计算出自由端面在此区间的平均速度。还可以设置大量的、端面在一个平面的光纤探针，根据各个光纤探针光信号的时刻，结合自由端面速度，就可以描绘出在某个空间位置的自由端面的形变。但上述系统的适用范围比较小，受冲击压力的约束，自发光光纤探针只适合冲击压力大于70GPa时使用，其光信号的响应为1-3ns，闪光隙光纤探针只适合冲击压力在10-30GPa之间使用，其光信号的响应为2-7ns，而且传输光纤色散对信号的展宽、光电倍增管的脉冲上升时间、高频电缆对信号前沿的拉宽效应以及示波器的脉冲上升时间对输出电信号的上升时间都有影响。信号在时间上是非连续的，安放的探针的数量受体积的影响，同一过程只能安放几个至多十几个探针，信号数据难免丢失，且探针数量多时，要求示波器也有相应的数量。同时还需要精度较高的光纤探针定位器

三发明内容

本发明目的是提供一种不受冲击压力约束、能连续、无接触无损伤测量，且结构简单、频率响应快、测量范围广的自由端向运动速度测试系统

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，自由端面运动速度测试系统，它包括激光器、光学组件、光电二极管、数字示波器及电子计算机等，其特征是系统采用两个分别用于测试和提供作用力的探测激光器和脉冲激光器，其中探测用的连续激光器与第一柱面凸透镜、第二柱面凸透镜、狭缝、聚焦透镜、滤波片以及第一光电二极管依次设置在同一个光路上，由第一柱面凸透镜、第二柱面凸透镜、狭缝、聚焦透镜、滤波片构成光学组件，第一光电二极管带有放大电路，其输出端与数字示波器的接收端相连，数字示波器的输出接电子计算机；脉冲激光器位于狭缝与聚焦透镜之间光路的垂直上方，在该脉冲激光器的光路上设置有分光镜，分光镜的反射光路上设置有第二光电二极管，该光电二极管的输出(起触发示波器的作用)与数字示波器的接收端相连，以触发示波器；被测自由端面要平行于探测光路且与脉冲激光器的光路相垂直。

本发明是利用被测自由端面在受力变形时的挡光情况，引进入光电二极管的光通量的变化，进而引起的电压信号的变化来计算自由端面的运动速度随时间变化的空间分布，计算得出自由端面的运动速度。它利用一个高能激光器垂直给被测自由端面一个作用力，使被测自由端面的作用点沿激光照射方向产生位移，同时由一连续激光器将激光束经柱面透镜后变成狭长的片状激光柱垂直照射在自由端面的运动方向，在其受力运动方向上，由自由端面位移后的挡光量变化就会导致光电管接收到的电信号变化，数据经数字示波器采集，再由计算机处理数据，计算得出自由端面的运动速度。本发明利用两个柱面凸透镜将激光束拉伸为片状激光柱，提高探测激光的利用率，降低了对激光器能量的要求；另外，在测试光电二极管前增加了窄带滤波片，可以挡住其它光线对光电管输出信号的影响。