[發明專利]一種沖擊波走時參數測量方法和裝置

有效

• 申請號: 201110233272.2
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102322937A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 陳紹武;宇文璀蕾;王占江;楊鵬翎;王振寶;趙軍衛;葉錫生
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種爆炸產生的沖擊波走時參數測量的方法和裝置，尤其是利用光纖傳感測量沖擊波走時參數的測量方法和裝置。

背景技術

沖擊波波面的走時特性對于分析炸藥和其他爆炸物的威力和效能具有重要的作用。常見的測量沖擊波波面走時參數的方法是電學測量方法，但由于抗電磁干擾能力較差，故難以用于強電磁環境下的沖擊波走時參數測量。

2006年第26卷的《爆炸與沖擊》“石英光纖探針在非金屬材料沖擊實驗中的應用”中公開了一種光纖探針測量沖擊波走時參數的裝置，主要由石英光纖探針、傳輸光纖、光電倍增管、高頻電纜和示波器組成。石英光纖探針的工作原理是利用熔石英在受到沖擊時會產生光輻射的特性，當沖擊波到達石英光纖端面時，石英光纖會產生一個強烈的光脈沖信號，該光脈沖信號經光纖傳輸到光電探測器，轉換為電信號再由示波器記錄，通過判讀就可以知道沖擊波到達光纖探針的時刻。該光纖探針中光纖的端面經過光學加工并鍍有金屬膜，其作用是防止雜光進入光纖，并具有不受電磁干擾、時間測量精度高等優點。但是由于該測量方法利用了熔石英光纖在沖擊作用下的自發光原理，而自發光輻射需要在很高的沖擊壓力下(通常在GPa級)才能實現，故該方法難以用于小威力爆炸實驗中對于MPa級壓力的沖擊波走時參數的測量。

發明內容

本發明目的是提供一種基于光纖彎曲傳感技術的沖擊波走時參數測量方法和裝置，可用于MPa級及以上壓力的沖擊波走時參數測量，并具有結構簡單，成本低的特點。

本發明的技術解決方案是：

一種沖擊波走時參數測量方法，包括以下步驟：

[1]在沖擊波傳播方向，按照一定的間距布置n個光纖圈，光纖圈的軸線與沖擊波方向垂直；

[2]光纖圈敏感沖擊波的沖擊，產生脈沖信號；

[3]對n只光纖圈產生的脈沖信號進行記錄；

[4]對記錄得到的信號數據進行處理，得到沖擊波達到每個光纖圈的時刻t_i；

[5]根據光纖圈的間距計算得到沖擊波在不同光纖圈之間的傳播平均速度。

上述沖擊波傳播平均速度的計算公式為：其中為第i只和第k只光纖圈之間的沖擊波傳播平均速度，m為二者之間的距離，t_i和t_k分別表示沖擊波達到第i只和第k只光纖圈的時刻，其中：k＜i。

一種沖擊波走時參數測量裝置，其特殊之處是：包括光源、輸入光纖、光纖圈、光纖圈固定座、輸出光纖、光電探測器、信號放大處理單元和信號記錄設備，所述光源經過輸入光纖與光纖圈耦合，所述光纖圈經過輸出光纖與光電探測器耦合，所述光電探測器與信號放大處理單元電連接，所述信號放大處理單元與信號紀錄設備電連接；所述光纖圈由裸光纖彎曲而成，其彎曲半徑大于該光纖的最小彎曲半徑；所述光纖圈固定在光纖圈固定座上；所述光纖圈軸線與沖擊波方向垂直。

上述沖擊波走時參數測量裝置還包括與地面固定的立支架和與立支架上端垂直固定的延長桿，所述光纖圈固定座安裝在延長桿的外伸端，所述延長桿的軸線與沖擊波的方向一致且外伸端朝向沖擊波的方向。

上述的信號記錄設備為示波器或數據采集系統。

本發明具有的有益效果：

1、本發明實現了MPa級及MPa級以上壓力的沖擊波走時參數測量，具有廣泛的適用性。

2、本發明具有結構簡單，響應靈敏、制作方便、成本低等特點，且在實驗中只需要對損壞的光纖圈即可重復再用，大大降低了實驗費用。

3、本發明采用的將光纖圈安裝在立支架的延長桿端部的方法和裝置，克服了沖擊波同時在固體介質和空氣中傳播時，引起的對空氣傳播走時參數測量的影響，進一步提高了測量精度和準確度。

附圖說明

圖1是本發明光纖彎曲傳感器的結構原理圖；

圖2是光纖彎曲傳感器測量沖擊波時的位置示意圖；

圖3是本發明光纖彎曲傳感器的實驗結果圖；

其中：1-光纖圈；2-輸入光纖；3-輸出光纖；4-光源；5-光電探測器；6-信號放大處理單元；7-光纖圈固定座；8-延長桿；9-立支架。

具體實施方式

在圖1所示的光纖彎曲傳感器中，光源4輸出光信號經過輸入光纖2、光纖圈1、輸出光纖3后耦合進光電探測器5，再經過信號放大處理單元6后，得到電信號。在沖擊波到來之前，光纖圈1、輸入光纖2和輸出光纖3引起的光路損耗為恒值，光源4輸出的光信號經過恒定的光路損耗后，再經光電探測器5轉換和信號放大處理單元6后，輸出一個直流高電平信號。