[发明专利]针对具有低速且高加速度特征的质点速度测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及质点速度测量领域，尤其涉及一种针对具有低速且高加速度特征的质点速度测量方法。

背景技术

爆炸与冲击产生的强动载荷具有高强度、短历时和小尺度的特点，对测量技术和测试装备提出了更高的要求。最近，高速摄影技术、X闪光照相技术、高速数字示波器以及相关的传感器、光源和快电子学设备已经开始应用于爆炸与冲击实验。诊断技术发展的主流是以激光和光电子学技术为基础的快响应、高分辨率、高灵敏度的非接触测量技术，例如各种激光干涉测量和光谱技术（速度和位移干涉仪、VISAR、FPI等）、散斑技术、激光诱导荧光和拉曼光谱技术、光学窗口技术等。

自由表面速度测量是爆炸与冲击实验研究的另一重点与难点。VISAR（Velocity Interferometer System for Any Reflector，任意反射面测速）系统是目前应用最广泛的一种测量工具。随着科学技术的进步，VISAR系统也不断改进与更新，现代光纤技术和相关光电子器件已开始引入到该测试技术中，在干涉测速原理上也实现了较大的突破，大大降低了干涉系统对照明光源相干性和光强的要求。

但是，在冲击波物理中，往往要面对具有低速且高加速度特征的质点速度测量问题。对于速度为10⁰～10¹m/s量级，并且加速度在10⁹m/s²以上量级的自由表面速度，VISAR等测量手段却难以满足精度要求。

发明内容

本发明针对现有技术中无法精确测量具有低速且高加速度特征的质点速度的问题，提出一种针对具有低速且高加速度特征的质点速度测量方法及装置，依据信号特征有针对性地采取特定步骤的数据处理方法，能够较准确地测量具有低速且高加速度特征的质点速度。

为了解决上述问题，本发明提供一种针对具有低速且高加速度特征的质点速度测量方法，包括：

步骤1，光纤激光多普勒干涉测速系统对速度为10⁰~10¹m/s量级，并且加速度在10⁹m/s²以上量级的运动靶面质点速度进行测量，输出差拍干涉信号至速度计算系统；

步骤2，所述速度计算系统采用短时傅里叶变换或连续小波变换对所述差拍干涉信号进行时频变换数据处理，以实现具有上述特征的运动靶面质点速度的高时间分辨率和速度分辨率测试。

优选地，上述方法具有以下特点：

所述光纤激光多普勒干涉测速系统包括：激光器、光纤环形器、聚焦透镜、探测器和示波器，所述步骤1包括：

激光器发射通讯激光至光纤环形器的第一端口；

所述光纤环形器将接收到的通讯激光从其第二端口发送至聚焦透镜；

所述聚焦透镜将接收到的通讯激光的一部分作为参考光从其端面反射回所述光纤环形器的第二端口，另一部分输出至运动靶面；并将从运动靶面反射回的信号光发送至光纤环形器的第二端口；

所述光纤环形器将接收到的参考光和信号光从其第三端口发送至探测器；

所述探测器探测到所述参考光和信号光产生的差拍干涉信号，并发送至示波器；

所述示波器记录所述差拍干涉信号，并将所记录的差拍干涉信号发送至速度计算系统。

优选地，上述方法具有以下特点：

在所述步骤2中，所述速度计算系统针对运动靶面的质点速度特征以及差拍干涉信号的特征选择短时傅里叶变换或连续小波变换进行时频变换数据处理；其中，对于质点速度波动剧烈，信噪比大于5dB的差拍干涉信号，选择连续小波变换进行数据处理；对于质点速度波动较为平稳，信噪比小于5dB的干涉信号，选择短时傅里叶变换进行数据处理。

优选地，上述方法具有以下特点：

所述质点速度波动剧烈是指：质点速度波动的每个周期中，v_min≤0.2v_max；

所述质点速度波动较为平稳是指：质点速度波动的每个周期中，v_min≥0.8v_max；

其中，v_min为波谷对应的质点速度，v_max为波峰对应的质点速度。

优选地，上述方法具有以下特点：

采用连续小波变换对所述差拍干涉信号进行时频变换数据处理包括：

对所述差拍干涉信号进行滤波处理；

分别对预处理后的差拍干涉信号和原始的差拍干涉信号进行小波变换,得到它们各自的小波系数,再把对应的小波系数相乘；