[發(fā)明專利]一種推進劑液位高精度激光測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911062136.4
• 申請日: 2019-11-02
• 公開（公告）號: CN110940396B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉克富;湯玉美;邱劍;楊潤澤;舒俊;陳志文
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學
• 主分類號: G01F23/292
• 分類號: G01F23/292
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種低溫推進劑液位高精度激光測量裝置，將激光光纖傳感技術(shù)和面陣激光雷達技術(shù)相結(jié)合，其特征在于，包括：一體化光纖探頭，半導(dǎo)體激光器陣列，窄脈沖激光器陣列，光電探測器陣列，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，時序發(fā)生器，主控制器，通訊控制器，低溫推進劑存儲罐；其中，激光器陣列、光電探測器陣列分別與一體化光纖探頭連接，窄脈沖激光器陣列與半導(dǎo)體激光器陣列連接，時序發(fā)生器分別與窄脈沖激光器陣列、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器與光電探測器陣列連接；主控制器與通訊控制器、時序發(fā)生器、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接；一體化光纖探頭布置在低溫推進劑存儲罐的頂部，用于低溫探測存儲罐內(nèi)液面位置信息；

所述一體化光纖探頭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)依次為：與準直器成45度的光學窗口，準直器，合束器，發(fā)射光路以及接收光路；發(fā)射光路發(fā)出激光,經(jīng)過合束器耦合到一根光纖上，經(jīng)過準直器準直后，從光學窗口發(fā)出，經(jīng)過被測物體表面反射后，到達光學窗口，被準直器接收，進入一體化光纖，通過設(shè)置光纖孔徑比例，合束器把80%以上的能量耦合到接收光路；

裝置的工作流程如下：主控制器給時序發(fā)生器發(fā)送命令，時序發(fā)生器產(chǎn)生脈沖序列，觸發(fā)窄脈沖激光器陣列產(chǎn)生瞬態(tài)大電流注入半導(dǎo)體激光器陣列，同時觸發(fā)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器開始計時，設(shè)此時間為t₀；半導(dǎo)體激光器陣列發(fā)出激光經(jīng)過一體化光纖探頭傳輸及光學準直后，變成平行光，經(jīng)過被測液面反射，返回一體化光纖探頭，到達光電探測器陣列，記此時間為t₁；待時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器收到t₁信號后，算出t₀、t₁之間的時間間隔ｔ發(fā)送給主控制器；依次地，主控制器完成所有觀測點掃描測量后，對所測的時間進行加權(quán)平均，根據(jù)，算出平均液位，通過通訊控制器輸出測量結(jié)果；其中s為液面高度，c為光速。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫推進劑液位高精度激光測量裝置，其特征在于：

所述一體化光纖探頭的光機接口為SMA905螺紋接口；

所述半導(dǎo)體激光器陣列為VCSEL；

所述窄脈沖激光器陣列為MOSFET或GaN脈沖功率驅(qū)動電路；

所述探測器陣列為APD陣列或者光子計數(shù)器或者PIN陣列；

所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器為延遲線門觸發(fā)電路或者電容充放電脈沖計數(shù)電路；

所述時序發(fā)生器為CPLD或者FPGA；

所述主控制器為ARM處理器或者FPGA；

所述通訊控制器為串口、USB或者以太網(wǎng)控制器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫推進劑液位高精度激光測量裝置，其特征在于，所述一體化光纖探頭可根據(jù)實際需求，在空間上自由組合布置為任意形狀的面陣結(jié)構(gòu)、筒狀結(jié)構(gòu)或者立體包圍的結(jié)構(gòu)，組成面陣激光探測系統(tǒng)。