CN108287252A - 一种水下以激光光幕为核心的速度测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下以激光光幕为核心的速度测试装置及方法，很好地解决了水下速度测试密封、防水，做好光线的有效回收等重要问题；该速度测试装置由两套形成激光光幕与光电探测装置构成，每一套激光光幕与光电探测装置包括光电探测器、激光器、光纤阵列、光纤、准直器、激光光幕及原向反射屏；其特点是激光器通过光纤连接准直器，所述的准直器通过光纤阵列连接光电探测器；所述的原向反射屏置于准直器的正下方；并将整个装置垂直放入水中；通过该速度测试装置的电信号，即能够经放大电路放大、数据采集与处理，得到相应目标物体的速度参数。本发明可用于水下、非接触、响应速度快，测量精确的速度测试。
Description
技术领域
本发明属于运动物体的速度测试技术，具体涉及一种水下以激光光幕为核心的速度测试方法及装置。
背景技术
随着科学技术的发展，对于水下的一些设备的研制也提出了新的要求。就比如水下枪械，水下的一些武器装备等等。对于枪械研究中弹丸的飞行速度是一个重要的弹道参数，而特别是在水中枪械的弹丸速度测试，对其水动力布局设计和弹道特性研究非常重要。
在研制水下武器装备的过程中，为了优化弹丸的外形以减少水阻力，我们往往需要测量出弹丸在水中的飞行速度，也为验证内弹道模型，计算外弹道参数提供了数据支持。但是，由于水这种特殊的介质，使得一些在空气中试用的测速装置并不适用于水中。
目前，在水下的一些大物体的运动速度，大多采用多普勒效应或声相关方法测试速度参数，虽然，这种方法精度很高，但是所使用测速装置其体积庞大，且价格高昂，并且水下小型物体(如弹丸)的运动速度测试难以应用。声相关测速装置，虽然对信号处理方法进行了优化，但是系统比较复杂和庞大。
现有的水下光幕靶测速系统，由于水下对光线具有吸收和散射特性，光的能量在水中衰减，导致光电接收器件接收到的信号弱，干扰信号大，光幕的光强不均匀问题都会影响弹丸速度的测量。因此，对于处于水这种特殊的介质中，如何做好测速装置的密封、防水，做好光线的有效回收等是需要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服光线在水下衰减严重，光强分布不均匀的问题，提出一种可用于水下、非接触、响应速度快，测量精确的水下以激光光幕为核心的速度测试装置及方法。
为实现发明的目的，采用如下技术方案：
一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置，由两套形成激光光幕与光电探测装置构成，每一套激光光幕与光电探测装置包括光电探测器1、激光器2、光纤阵列3、光纤4、准直器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通过光纤4连接准直器5，所述的准直器5通过光纤阵列3连接光电探测器1；所述的原向反射屏7置于准直器5的正下方；并将整个装置垂直放入水8中；其中：
所述的激光器2发出的光经由光纤4传输准直器5后，其光通过准直器5将点光源扩束成“一字线”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将激光光幕6汇聚后，再反射回光纤阵列3上；
所述的光纤阵列3接收反射回的光并传输到光电探测器1，所述的光电探测器将光信号转换为电信号；
所述的电信号即能够经放大电路放大、数据采集与处理，得到相应目标物体的速度参数。
所述的激光器2前还包括一个准直镜10，激光光束9通过准直镜10将激光器发散的光进行汇聚后，耦合进光纤4芯径11；所述的激光器2射出的光经由光纤4进行传输。
所述的准直器5是由鲍威尔棱镜13和外层的光纤阵列3的组合为一体，先将鲍威尔棱镜13进行封装12，再将周围包裹的一圈光纤14进行封装15，封装为防水处理。
所述的激光器2是一种蓝光激光器。
所述的光纤4为1mm石英光纤。
本发明与现有技术相比，其突出的实质性特点和显著效果：
(1)所采用的激光器为450nm蓝光激光器，这个波段的蓝光在水下的穿透力最强，可以有效改善光线在水下衰减严重的问题。
(2)激光器的光进行过匀化处理，可以改善因光强分布不均而引起的速度参数测量误差。
(3)所采用的光纤阵列可以将反射回的光线进行有效的回收。
(4)本发明所用的准直器事先经过防水处理，可直接在水中运用。
(5)本发明采用光纤来进行光线的传输，可用于深水的速度测量。
附图说明
图1为以激光光幕靶为核心的水下测速装置原理图；
图2为激光器与光纤耦合原理图；
图3为光纤阵列结构示意图；
图4为鲍威尔棱镜模型图；
图5为以激光光幕靶为核心的水下测速方法原理图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细地说明。
如图1所示，一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置，由两套形成激光光幕与光电探测装置构成，其中：每一套激光光幕与光电探测装置包括激光器2、光纤4、准直器5、原向反射屏7、光纤阵列3、光电探测器1、激光光幕6等；激光器2与准直器5通过光纤4相连，准直器5与光电探测器1通过光纤阵列3相连；将整个装置垂直放入水8中。
如图2所示，所述激光器2是一种蓝光激光器，在激光器2前还可以加一组准直镜10，激光光束9通过准直镜10将激光器发散的光进行汇聚后，耦合进光纤芯径11，激光器2射出的光经由光纤4进行传输。所述的光纤4为1mm石英光纤。
如图3所示，所述的准直器5为了做好密封，特别做了防水处理，先将鲍威尔棱镜13进行封装12，再将围绕在准直器5周围包裹的光纤阵列3进行封装14。
如图4所示，所述的准直器5是由鲍威尔棱镜13和外层的光纤阵列3组成，激光器2经由光纤4传输的光在通过准直器5后，可以将点光源扩束成“一字线”激光光幕6。激光光幕6射到原向反射屏7上，原向反射屏7将激光光幕6汇聚后，反射回光纤阵列3上。
如图5所示，一种水下以激光光幕为核心的速度测速方法，使用上述本发明的两个激光光幕与探测装置，以及放大电路、数据采集及处理装置；所述的光纤阵列3接收反射回的光并传输到光电探测器1中；当目标物穿过激光光幕6时会遮挡一部分光线，此时光电探测器1接收到的光通量发生变化而产生电信号，经过放大电路、数据采集、处理后，得到相应目标物体的速度参数，并使用经典的速度计算公式来计算目标物的速度V，即：
V＝s/t
其中:s是指两个激光光幕6之间的距离定值，t指的是过两个激光光幕6的时间差。
Claims (6)
1.一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置，由两套形成激光光幕与光电探测装置构成，每一套激光光幕与光电探测装置包括光电探测器(1)、激光器(2)、光纤阵列(3)、光纤(4)、准直器(5)、激光光幕(6)及原向反射屏(7)；其特征在于：所述的激光器通过光纤连接准直器，所述的准直器通过光纤阵列连接光电探测器；所述的原向反射屏置于准直器的正下方；并将整个装置垂直放入水(8)中；其中：
所述的激光器发出的光经由光纤传输准直器后，并光通过准直器将点光源扩束成“一字线”的激光光幕；
所述的激光光幕射到原向反射屏上，原向反射屏将激光光幕汇聚后，再反射回光纤阵列上；
所述的光纤阵列接收反射回的光并传输到光电探测器，所述的光电探测器将光信号转换为电信号；
所述的电信号即能够经放大电路放大、数据采集与处理，得到相应目标物体的速度参数。
2.根据权利要求1所述的一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置，其特征在于：所述的激光器(2)前还包括一个准直镜(10)，激光光束(9)通过准直镜(10)将激光器发散的光进行汇聚后，耦合进光纤(4)芯径(11)；所述的激光器2射出的光经由光纤(4)进行传输。
3.根据权利要求1所述的一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置，其特征在于：所述的准直器(5)是由鲍威尔棱镜(13)，和外层的光纤阵列(3)的组合为一体，先将鲍威尔棱镜(13)进行封装(12)，再将周围包裹的一圈光纤(14)进行封装(15)，封装为防水处理。
4.根据权利要求1所述的一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置，其特征在于：所述的激光器(2)是一种蓝光激光器。
5.根据权利要求1所述的一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置，其特征在于：所述的光纤4为1mm石英光纤。
6.根据权利要求1所述的一种水下以激光光幕为核心的速度测速装置的测速方法，其特征在于：使用电探测器1、激光器2、光纤阵列3、光纤4、准直器5、激光光幕6、原向反射屏7、放大电路、数据采集及处理装置；所述的光纤阵列接收反射回的光并传输到光电探测器中；当目标物穿过激光光幕时会遮挡一部分光线，此时光电探测器接收到的光通量发生变化而产生电信号，经过放大电路、数据采集、处理后，得到相应目标物体的速度参数，并使用经典的速度计算公式来计算目标物的速度V，即：
V＝s/t
其中：s是指两个激光光幕之间的距离定值，t指的是过两个激光光幕6的时间差。
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