[发明专利]一种单路光纤的冲击波走时参数测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种爆炸产生的冲击波走时参数测量的方法和装置，尤其是利用光纤传感测量冲击波走时参数的测量方法和装置。

背景技术

冲击波波面的走时特性对于分析炸药和其他爆炸物的威力和效能具有重要的作用。常见的测量冲击波波面走时参数的方法是电学测量方法，但由于抗电磁干扰能力较差，故难以用于强电磁环境下的冲击波走时参数测量。

2006年第26卷的《爆炸与冲击》“石英光纤探针在非金属材料冲击实验中的应用”中公开了一种光纤探针测量冲击波走时参数的装置，主要由石英光纤探针、传输光纤、光电倍增管、高频电缆和示波器组成。石英光纤探针的工作原理是利用熔石英在受到冲击时会产生光辐射的特性，当冲击波到达石英光纤端面时，石英光纤会产生一个强烈的光脉冲信号，该光脉冲信号经光纤传输到光电探测器，转换为电信号再由示波器记录，通过判读就可以知道冲击波到达光纤探针的时刻。该光纤探针中光纤的端面经过光学加工并镀有金属膜，其作用是防止杂光进入光纤，并具有不受电磁干扰、时间测量精度高等优点。但是由于该测量方法利用了熔石英光纤在冲击作用下的自发光原理，而自发光辐射需要在很高的冲击压力下(通常在GPa级)才能实现，故该方法难以用于小威力爆炸实验中对于MPa级压力的冲击波走时参数的测量。此外该方法每只探头对应一根传输光纤，在使用中需要在冲击波传输通道中布置多根传输光纤，并需要多通道的信号记录设备记录信号，给实验带来了不便，并增大了实验成本。

发明内容

本发明目的是提供一种基于单路光纤的冲击波走时参数测量方法和装置，可用于MPa级及以上压力的冲击波走时参数测量，使用中在冲击波传输通道中只需要布置单根光纤，且信号记录只需要采用单通道设备，具有结构简单，成本低等特点。

本发明的技术解决方案是：

一种单路光纤的冲击波走时参数测量方法，包括以下步骤：

1】在冲击波传播方向，布置一根传输光纤，所述传输光纤迎着冲击波的一端的端面裸露，所述传输光纤的另一端通过光纤耦合器后分别与重频脉冲激光器和光电探测单元相连；所述传输光纤上设置多个冲击敏感单元，所述冲击敏感单元由传输光纤自身构成；所述冲击敏感单元可在冲击波的冲击下产生断裂；

2】向传输光纤中注入功率稳定的重复频率脉冲光；

3】记录传输光纤反射的光信号，获得周期和幅值稳定的脉冲信号；

4】当冲击波到来时，依次记录冲击波到达每个光纤圈时传输光纤反射的光脉冲信号；

5】对记录得到的脉冲信号序列进行畸变时刻甄别，得到冲击波达到每个冲击敏感单元的时刻t_i；

6】根据冲击敏感单元的间距计算得到冲击波在不同的冲击敏感单元之间的传播平均速度。

上述的冲击波传播速度的计算公式为：其中为第i只和第k只冲击敏感单元之间的冲击波传播平均速度，m为二者之间的距离，t_i和t_k分别表示冲击波达到第i只和第k只传感器的时刻，其中：i＞k。

第一种单路光纤的冲击波走时参数测量装置，包括激光源、光电探测单元、传输光纤，其特殊之处是：所述单路传输光纤上按照一定的间隔设置多个可在冲击波冲击下产生断裂的冲击敏感单元；所述冲击敏感单元为传输光纤自身绕制一圈而成的光纤圈，所述光纤圈弯曲的半径大于或等于传输光纤的最小弯曲半径，且光纤圈轴线与冲击波方向垂直；所述传输光纤一端的端面裸露，另一端通过光纤耦合器分别与激光器和光电探测单元相连；所述的激光源为稳定输出的重复频率脉冲激光。

上述传输光纤的外部套有抗冲击保护管；所述冲击敏感单元设置在抗冲击保护管的外部。

上述抗冲击保护管为铝塑管或内部装有海绵的塑料管。

第二种单路光纤的冲击波走时参数测量装置，包括激光源、光电探测单元、传输光纤，其特殊之处是：所述单路传输光纤上按照一定的间隔设置多个可在冲击波冲击下产生断裂的冲击敏感单元；所述冲击敏感单元是设置在传输光纤包层表面的划痕；所述传输光纤一端的端面裸露，另一端通过光纤耦合器分别与激光器和光电探测单元相连，所述的激光源为稳定输出的重复频率脉冲激光。

上述传输光纤的外部套有抗冲击保护管；所述冲击敏感单元设置在抗冲击保护管的外部。

上述抗冲击保护管为铝塑管或内部装有海绵的塑料管。

本发明具有以下的有益效果：

1、本发明实现了MPa级及MPa级以上压力的冲击波走时参数测量，具有广泛的适用性。