[發明專利]一種水下以激光光幕為核心的速度測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201810042838.5
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108287252B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 武錦輝;閆曉燕;鄭姍姍;張鵬;劉吉;周漢昌
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01P3/68
• 分類號: G01P3/68
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 李印貴

本發明公開了一種水下以激光光幕為核心的速度測試裝置及方法，很好地解決了水下速度測試密封、防水，做好光線的有效回收等重要問題；該速度測試裝置由兩套形成激光光幕與光電探測裝置構成，每一套激光光幕與光電探測裝置包括光電探測器、激光器、光纖陣列、光纖、準直器、激光光幕及原向反射屏；其特點是激光器通過光纖連接準直器，所述的準直器通過光纖陣列連接光電探測器；所述的原向反射屏置于準直器的正下方；并將整個裝置垂直放入水中；通過該速度測試裝置的電信號，即能夠經放大電路放大、數據采集與處理，得到相應目標物體的速度參數。本發明可用于水下、非接觸、響應速度快，測量精確的速度測試。

技術領域

本發明屬于運動物體的速度測試技術，具體涉及一種水下以激光光幕為核心的速度測試方法及裝置。

背景技術

隨著科學技術的發展，對于水下的一些設備的研制也提出了新的要求。就比如水下槍械，水下的一些武器裝備等等。對于槍械研究中彈丸的飛行速度是一個重要的彈道參數，而特別是在水中槍械的彈丸速度測試，對其水動力布局設計和彈道特性研究非常重要。

在研制水下武器裝備的過程中，為了優化彈丸的外形以減少水阻力，我們往往需要測量出彈丸在水中的飛行速度，也為驗證內彈道模型，計算外彈道參數提供了數據支持。但是，由于水這種特殊的介質，使得一些在空氣中試用的測速裝置并不適用于水中。

目前，在水下的一些大物體的運動速度，大多采用多普勒效應或聲相關方法測試速度參數，雖然，這種方法精度很高，但是所使用測速裝置其體積龐大，且價格高昂，并且水下小型物體(如彈丸)的運動速度測試難以應用。聲相關測速裝置，雖然對信號處理方法進行了優化，但是系統比較復雜和龐大。

現有的水下光幕靶測速系統，由于水下對光線具有吸收和散射特性，光的能量在水中衰減，導致光電接收器件接收到的信號弱，干擾信號大，光幕的光強不均勻問題都會影響彈丸速度的測量。因此，對于處于水這種特殊的介質中，如何做好測速裝置的密封、防水，做好光線的有效回收等是需要解決的重要問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服光線在水下衰減嚴重，光強分布不均勻的問題，提出一種可用于水下、非接觸、響應速度快，測量精確的水下以激光光幕為核心的速度測試裝置及方法。

為實現發明的目的，采用如下技術方案：

一種水下以激光光幕為核心的速度測速裝置，由兩套形成激光光幕與光電探測裝置構成，每一套激光光幕與光電探測裝置包括光電探測器1、激光器2、光纖陣列3、光纖4、準直器5、激光光幕6及原向反射屏7；其特征在于：所述的激光器2通過光纖4連接準直器5，所述的準直器5通過光纖陣列3連接光電探測器1；所述的原向反射屏7置于準直器5的正下方；并將整個裝置垂直放入水8中；其中：

所述的激光器2發出的光經由光纖4傳輸準直器5后，其光通過準直器5將點光源擴束成“一字線”的激光光幕6；

所述的激光光幕6射到原向反射屏7上，原向反射屏7將激光光幕6匯聚后，再反射回光纖陣列3上；

所述的光纖陣列3接收反射回的光并傳輸到光電探測器1，所述的光電探測器將光信號轉換為電信號；

所述的電信號即能夠經放大電路放大、數據采集與處理，得到相應目標物體的速度參數。

所述的激光器2前還包括一個準直鏡10，激光光束9通過準直鏡10將激光器發散的光進行匯聚后，耦合進光纖4芯徑11；所述的激光器2射出的光經由光纖4進行傳輸。

所述的準直器5是由鮑威爾棱鏡13和外層的光纖陣列3的組合為一體，先將鮑威爾棱鏡13進行封裝12，再將周圍包裹的一圈光纖14進行封裝15，封裝為防水處理。

所述的激光器2是一種藍光激光器。

所述的光纖4為1mm石英光纖。