[实用新型]速度矢量测量光纤传感器

说明书

本实用新型公开了速度矢量测量光纤传感器，所述速度矢量测量光纤传感器，包括第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头和第四光纤探头，四支光纤探头分别包括前端聚焦透镜以及探头尾纤两部分，四支光纤探头的前端聚焦透镜部分设置在保护套内。所述第四光纤探头设置在与保护套同轴心位置；所述第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头沿第四光纤探头环向间隔120度均布、并与第四光纤探头保持固定的倾角θ。本实用新型的速度矢量测量光纤传感器，可精确计算获得运动靶面的矢量运动速度方向和大小，克服了传统激光干涉测速只能获取沿光纤探头方向速度的缺点。

技术领域

本实用新型涉及光电测试技术领域，尤其涉及速度矢量测量光纤传感器。

背景技术

随着激光干涉测速技术的成熟，其应用也越来越广泛。但其不足之处在于，测量的速度是待测物体沿激光传播路径上的速度分量，并非真实的速度矢量。在某些实验中真实速度与测速方向速度分量差别不大，但在某些特定实验中(特别是滑移爆轰和特殊结构等)，真实速度与其在测速方向的速度分量可能有较大差别，即真实速度方向与测速方向有不可忽略的夹角。获取速度矢量(真实速度方向和大小)对于计算某些物理量和更精确地校验数值模拟程序有重要作用。

本专利的支持基金为内爆加载下微喷微层裂物质全过程诊断方法，基金号：11802286。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供速度矢量测量光纤传感器，本实用新型的速度矢量测量光纤传感器不同于传统的标量测量光纤传感器，可对被测靶面的速度方向进行判定，且可以计算获得速度矢量方向的速度大小。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

速度矢量测量光纤传感器，包括第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头和第四光纤探头，四支光纤探头分别包括前端聚焦透镜以及探头尾纤两部分，四支光纤探头的前端聚焦透镜部分设置在保护套内。

进一步方案为，所述第四光纤探头设置在与保护套同轴心位置；

所述第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头沿第四光纤探头环向间隔120度均布、并与第四光纤探头保持固定的倾角θ。

进一步方案为，所述第四光纤探头功能是入射和收集激光；

所述第一光纤探头、第二光纤探头、第三光纤探头的功能是接收激光；

所述保护套为圆柱形，起到固定支撑和定位四支光纤探头的作用。

本实用新型另一方面提供了上述的速度矢量测量光纤传感器的测量计算方法，假设靶面运动矢量v方向与中间第四光纤探头的夹角为θ₀，沿环向与第二光纤探头的夹角为对各探头原始信号进行短时FFT变换得到各自的频率，四个探头原始信号短时FFT变换的频率分别为Δf₁、Δf₂、Δf₃和Δf₄，假设靶面运动矢量v沿四个测试方向的分量分别为v₁、v₂、v₃和v₄，则它们满足：

其中，f₀为入射激光的频率；根据上述方程可以得到靶面运动矢量v沿四个测试方向的分量；

根据几何关系，靶面运动矢量v与速度分量之间满足如下方程：

根据上述四个方程可以求解四个未知数：v₀，θ₀，θ，从而得到靶面运动矢量v的大小v₀和方向

其中，任意两个方向和之间的夹角α满足：

本实用新型的有益效果在于：