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多点光学测速技术进步

文章来源:甘肃快三信息中心编辑室   时间:2018-11-26 10:14:00 访问数:

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光子多普勒测速仪PDV(国内称DPSDISAR)已成为流体动力学、脉冲功率、强激光等领域的主要测速技术,该技术及其他已有的光学测速技术一般仅能进行有限点数的测量(单台主机4~8)。随着相关领域的深入研究,目前已提出了对测量对象进行多点数的阵列式或区域覆盖式速度测量的要求,为实现该目标,在主机方面采用的技术途径是利用复用技术构造多路复用光子多普勒测速系统MPDV[6],将多个测速点的信号合并到1个记录通道,大幅减少了测速主机和记录通道的数量,在探头方面则采用光学阵列式设计,用单个集成式探头整体替换大量的单点光纤探针,从而可以较好满足多点(几十,乃至上百个点)测速的需求。

我院于2013年立项进行MPDV研究,并以某试验测试任务为需求背景,研制一台32MPDV测速主机和多种配套的测速探头,在2016年初步完成MPDV原理样机研制的基础上,近期在多点测速主机及相关探头研制方面取得较大进展。

1  多路复用光学测速主机研制取得进步

进行了多项关键技术研究,包括主机、静态调试、应用等方面,尤其是针对波分复用引入的负面效应进行了深入的研究,并进行了多轮实验验证。基于前期经验,通过集成度、仪器化(散热、电磁、连接等)、模块化、可调试性等方面的深入考虑和详细规划,以原理样机为基础设计了Gen-2 MPDV,如图1所示。与原理样机相比,Gen-2 MPDV具有较大优势:单点信号幅度提高至原来的3倍,性噪比提高至原来的2倍以上,测速效果得到提升;体积减少30%,重量减少50%,大幅度提高了便携性;通过优化设计,提高了MPDV组建、调试及测试效率;可靠性和稳定性得到较大改进;解决了复用技术引入MPDV后的多个负面效应,如影子信号,以及速度信号与变频基线交叠(美国最新一代MPDV仍未解决),如图2所示。

多点光学测速技术进步

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2  系列化光学阵列式测速探头完成研制及动态验证实验

目前已初步完成系列化光学阵列式测速探头的研制,该类型探头具备集成度高、测点密度高、测点排布方式灵活、装配方便等优点,在目标运动过程的多点测量中具备较大优势。

小尺寸线阵光学探头实现了景深大于30 mm、测点分布1×162×16(可调)、测点点距可小至0.5 mm、光斑尺寸小于0.25 mm(@30 mm)等指标,可用于待测区域的密集阵列式诊断,如图3所示。该类探头已通过了几十次动态实验考核及应用。

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探索了在不增加常规单点光纤探针尺寸的前提下实现单探针多点测速的多芯光纤测速探头,如图4所示的六芯光纤测速探头,大大节约了探头占用空间,可用于集成实验,目前已通过了动态实验考核。

多点光学测速技术进步

完成了多版广角光学测速探鱼眼头的设计、加工及测试,在探头光束设计、光纤阵列和探头的耦合、光纤排布方式和接口形式、集成度、整体密封等方面进行了深入研究,目前该探头的视场角、测量景深、测点数量、最小相邻角度、外形尺寸、密封性等指标均取得了较大进步。


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