[發明專利]一種光電一體化探針

無效

• 申請號: 201410139711.7
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103900622A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 王榮波;周維軍;陳永套;葉燕;吳廷烈;何莉華
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明

技術領域

本發明屬于光電傳感器研究技術領域，具體涉及一種光電一體化探針，用于沖擊試驗的快響應光電傳感器，本發明適用于高速飛片速度、沖擊波速度以及微噴到達光電探針端面之間的密度、壓力變化過程的精確測量。

背景技術

現有的光電探針對于沖擊試驗的微噴射到達光纖端面之間的密度、壓力變化過程的測量具有明顯的優勢，而且具有響應時間快、抗電磁干擾能力強等優點，缺點是不能對高速飛片速度和沖擊波速度進行測量；而電探針對于沖擊試驗的高速飛片到達電探針端面之間的速度和沖擊波速度的測量具有的明顯優勢，但電探針易受電磁干擾，對于微噴射到達電探針端面之間的密度、壓力變化測量并不具有明顯優勢。

發明內容

為了同時實現對沖擊試驗中微噴射到達光纖端面之間的密度、壓力變化過程進行測量，和高速飛片速度、沖擊波速度的測量，本發明提供了一種光電一體化探針。

本發明的一種光電一體化探針，所述的光電一體化探針中的光電探針與傳輸光纖單元連接，用于對微噴到達光電探針端面之間的狀態信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達光電探針端面之間的速度信息的測量，傳輸光纖的輸出端與濾光片連接，濾光片的另一端與光電倍增管連接，光電倍增管將濾光片輸出的光信號轉換為電信號，并通過高頻電纜輸入到數字示波器，用于對信號進行分析；電纜輸出的電信號與網絡源連接，網絡源輸出的電信號經過高頻電纜輸入到數字示波器。

本發明的光電一體化探針用于微噴射到達光電探針端面之間的密度、壓力變化過程測量及高速飛片速度、沖擊波速度的測量包括光電一體化探針、信號傳輸單元、窄帶濾光片、光電倍增管、示波器。其中，光電一體化探針一端垂直放置于待測樣品表面或表面前一定距離，用于感應試驗樣品的沖擊，光電一體化探針的另一端與信號傳輸單元的一端連接，其作用是將測量的光信號和電信號傳輸到光電倍增管和示波器。由于沖擊波與光電探針相互作用存在雜散光，因此，在傳輸單元中的光纖與光電倍增管之間放置窄帶濾光片，主要是用于濾除信號光以外的雜散光，提取出系統所需的信號光。窄帶濾光片的一端與信號傳輸單元連接，另外一端與光電倍增管一端連接，光電倍增管的主要作用是將測量的光信號轉換為電信號，光電倍增管的另外一端與示波器連接。光電探針的另一端與傳輸單元中的電纜連接，電纜的另一端與示波器連接，示波器主要用于對沖擊信號進行分析。

本發明的光電一體化探針利用石英光纖和焊有金屬導線的金屬套管作為傳感元件，然后將兩種傳感元件垂直放置于待測樣品表面或表面前一定距離，利用石英光纖、金屬在沖擊的作用下的特性工作，通過示波器給出的信號就可以獲得沖擊試驗中微噴到達光電探針端面之間的狀態信息，及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間高速飛片速度。

本發明解決的技術問題所采用的技術方案是：采用300mm~600mm的多模石英光纖作為光電探針，在光電探針的金屬套管上焊接一根金屬導線，然后將光電探針置于待測樣品表面，在沖擊作用下石英光纖會給出一個寬光譜的光脈沖信號，再通過中心波長532nm、通帶寬度為10nm的窄帶干涉濾光片限制進入光電倍增管的光譜范圍，以提高系統穩定性，利用上升時間0.8ns的光電倍增管將光脈沖轉換為電脈沖，通過示波器將該電脈沖記錄下來，從而可以獲得微噴到達光電探針端面之間的密度、壓力信息，同時通過反射信號幅度的變化還可以分析飛層過渡層的狀態信息。光電探針接地線在金屬靶架上，光電探針在沖擊作用下產生電脈沖信號，該電脈沖直接被示波器記錄下來，可以獲得飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達電探針端面之間的高速飛片速度。

本發明的有益效果是：能夠測量微噴到達光電探針端面之間的狀態信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間高速飛片速度，具有響應時間短、抗干擾能力強，傳輸介質為普通的石英光纖和電纜，可以遠距離測量的優點；同時本發明由光電一體化探針、傳輸單元、窄帶濾光片、光電倍增管和示波器構成，系統結構簡單，用戶易于操作。

本發明的用于沖擊試驗的快響應光電一體化探針，具有極快的響應時間。本發明適用于沖擊波物理和流體力學的研究領域。

本發明的光電一體化探針不僅實現了微噴射到達光纖端面之間的密度、壓力變化過程的測量，同時也實現了高速飛片速度、沖擊波速度的測量，而且該光電一體化探針具有操作簡單、抗電磁干擾能力強、可以進行遠距離測試等優點。

附圖說明

圖1為本發明的沖擊光電一體化探針的結構示意圖；

圖2為本發明的光電一體化探針的總體結構原理框圖；