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32点多路复用光学测速样机研制

文章来源:科技信息中心编辑室   时间:2017-11-21 访问数:

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光子多普勒测速仪PDV(国内称DPSDISAR)已成为流体动力学、脉冲功率、强激光等领域的主要测速技术,但该技术及其他已有的激光测速技术仅能进行有限点数的测量(单台主机4~8),无法满足对测量对象进行大数量点数的阵列式或区域覆盖式速度测量的要求,简单叠加多套主机则会导致整套系统(尤其是探测器和示波器构成的记录通道)的复杂度、成本和体积均大幅增加。国外最终采用的技术途径是利用复用技术构造多路复用光子多普勒测速系统MPDV,将多个测速点的信号合并到1个记录通道,不仅大幅减少了测速主机和记录通道的数量,降低了成本,而且显著降低了整套系统的复杂度和体积,可以较好满足大数量点(如上百个点)测速的需求。

因为极具价值,MPDV 成为国外最新的研究热点,并进行了大量的实际应用。我院于2013年立项进行MPDV研究,研制一台32MPDV测速主机和多种配套的测速探头。

1  多路复用光学测速关键技术取得突破

目前已解决多个关键问题,包括但不限于:每8点复用在一起,互相关联,已实现32个测点各自独立可调,提高了调试效率,并可同时完善所有测点的测量效果;PD接收功率增大8倍,可能饱和,需降低单点信号幅度(接近原来的1/8),已在此条件下大幅减小噪声,保持了较高信噪比;8个测点的速度信息在1路信号中,难以分开,同时多条速度曲线可能交叠,已计算并优化不同变频量,采用两种空间延迟技术,在频率域中分开各曲线,并利用特殊数据处理方法分别解读出了各点的速度信息;光路庞大,各点时序复杂,已改进了延迟时间测定方法,对32个点的时序进行了精确测定,准确度和稳定性超过亚纳秒;DWDMPDV融合时的插损、回损以及一致性问题,已计算系统各传输链路的光功率变化并在合适位置采用合理方式补偿,减小回损对信号光的干扰程度,增加各点信号光的实时监测和调整功能。

 2  32点多路复用光学测速原理样机完成研制及动态验证实验

在关键技术获得突破的基础上,已完成32MPDV原理样机研制及动态验证实验。原理样机如图1所示,其在4发爆轰验证实验中所有测点全部取得了较好的速度信号,优于美国发表的测试结果(64个测点中,3个点完全没信号,4个点的信号非常弱),其中某发实验数据如图2所示,可见1台示波器可同时获取到32个测点的速度信息。

32点多路复用光学测速样机研制

32点多路复用光学测速样机研制

3  多种类型光学测速探头取得较大研究进展

MPDV的测速探头可以使用单个的离散式光纤探针,如图3所示。目前已具备不同尺寸(f0.8~ f3.2 mm)、不同测量景深(0~100 mm)、不同工作模式(准直或聚焦)、不同芯数(单芯、双芯、三芯等)等多种规格的光纤探针,并利用这些探针实现了零散小尺寸目标(粒子群)、长测量景深(100 mm)、倾斜角度(15°)等苛刻条件下的速度测量。

32点多路复用光学测速样机研制

除了延续使用传统的单个光纤探针,经过特殊的光学设计,还可将大量光纤探针整体替换为一个集成式光学探头,如图4所示。具备集成度高、测点密度高、测点排布方式灵活等特点,在多点测量目标运动物理过程的测量中具备较大的优势。

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