[發明專利]針對具有低速且高加速度特征的質點速度測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201210216938.8
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102721824A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 宋宏偉;黃晨光;王健;魏延鵬;吳先前
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

技術領域

本發明涉及質點速度測量領域，尤其涉及一種針對具有低速且高加速度特征的質點速度測量方法。

背景技術

爆炸與沖擊產生的強動載荷具有高強度、短歷時和小尺度的特點，對測量技術和測試裝備提出了更高的要求。最近，高速攝影技術、X閃光照相技術、高速數字示波器以及相關的傳感器、光源和快電子學設備已經開始應用于爆炸與沖擊實驗。診斷技術發展的主流是以激光和光電子學技術為基礎的快響應、高分辨率、高靈敏度的非接觸測量技術，例如各種激光干涉測量和光譜技術（速度和位移干涉儀、VISAR、FPI等）、散斑技術、激光誘導熒光和拉曼光譜技術、光學窗口技術等。

自由表面速度測量是爆炸與沖擊實驗研究的另一重點與難點。VISAR（Velocity?Interferometer?System?for?Any?Reflector，任意反射面測速）系統是目前應用最廣泛的一種測量工具。隨著科學技術的進步，VISAR系統也不斷改進與更新，現代光纖技術和相關光電子器件已開始引入到該測試技術中，在干涉測速原理上也實現了較大的突破，大大降低了干涉系統對照明光源相干性和光強的要求。

但是，在沖擊波物理中，往往要面對具有低速且高加速度特征的質點速度測量問題。對于速度為10⁰～10¹m/s量級，并且加速度在10⁹m/s²以上量級的自由表面速度，VISAR等測量手段卻難以滿足精度要求。

發明內容

本發明針對現有技術中無法精確測量具有低速且高加速度特征的質點速度的問題，提出一種針對具有低速且高加速度特征的質點速度測量方法及裝置，依據信號特征有針對性地采取特定步驟的數據處理方法，能夠較準確地測量具有低速且高加速度特征的質點速度。

為了解決上述問題，本發明提供一種針對具有低速且高加速度特征的質點速度測量方法，包括：

步驟1，光纖激光多普勒干涉測速系統對速度為10⁰~10¹m/s量級，并且加速度在10⁹m/s²以上量級的運動靶面質點速度進行測量，輸出差拍干涉信號至速度計算系統；

步驟2，所述速度計算系統采用短時傅里葉變換或連續小波變換對所述差拍干涉信號進行時頻變換數據處理，以實現具有上述特征的運動靶面質點速度的高時間分辨率和速度分辨率測試。

優選地，上述方法具有以下特點：

所述光纖激光多普勒干涉測速系統包括：激光器、光纖環形器、聚焦透鏡、探測器和示波器，所述步驟1包括：

激光器發射通訊激光至光纖環形器的第一端口；

所述光纖環形器將接收到的通訊激光從其第二端口發送至聚焦透鏡；

所述聚焦透鏡將接收到的通訊激光的一部分作為參考光從其端面反射回所述光纖環形器的第二端口，另一部分輸出至運動靶面；并將從運動靶面反射回的信號光發送至光纖環形器的第二端口；

所述光纖環形器將接收到的參考光和信號光從其第三端口發送至探測器；

所述探測器探測到所述參考光和信號光產生的差拍干涉信號，并發送至示波器；

所述示波器記錄所述差拍干涉信號，并將所記錄的差拍干涉信號發送至速度計算系統。

優選地，上述方法具有以下特點：

在所述步驟2中，所述速度計算系統針對運動靶面的質點速度特征以及差拍干涉信號的特征選擇短時傅里葉變換或連續小波變換進行時頻變換數據處理；其中，對于質點速度波動劇烈，信噪比大于5dB的差拍干涉信號，選擇連續小波變換進行數據處理；對于質點速度波動較為平穩，信噪比小于5dB的干涉信號，選擇短時傅里葉變換進行數據處理。

優選地，上述方法具有以下特點：

所述質點速度波動劇烈是指：質點速度波動的每個周期中，v_min≤0.2v_max；

所述質點速度波動較為平穩是指：質點速度波動的每個周期中，v_min≥0.8v_max；

其中，v_min為波谷對應的質點速度，v_max為波峰對應的質點速度。

優選地，上述方法具有以下特點：

采用連續小波變換對所述差拍干涉信號進行時頻變換數據處理包括：

對所述差拍干涉信號進行濾波處理；

分別對預處理后的差拍干涉信號和原始的差拍干涉信號進行小波變換,得到它們各自的小波系數,再把對應的小波系數相乘；