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    多點光學測速技術進步

    文章來源:科技信息中心編輯室   時間:2018-11-26 10:14:00 訪問數:

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    光子多普勒測速儀PDV(國內稱DPSDISAR)已成為流體動力學、脈沖功率、強激光等領域的主要測速技術,該技術及其他已有的光學測速技術一般僅能進行有限點數的測量(單臺主機4~8)。隨著相關領域的深入研究,目前已提出了對測量對象進行多點數的陣列式或區域覆蓋式速度測量的要求,為實現該目標,在主機方面采用的技術途徑是利用復用技術構造多路復用光子多普勒測速系統MPDV[6],將多個測速點的信號合并到1個記錄通道,大幅減少了測速主機和記錄通道的數量,在探頭方面則采用光學陣列式設計,用單個集成式探頭整體替換大量的單點光纖探針,從而可以較好滿足多點(幾十,乃至上百個點)測速的需求。

    我院于2013年立項進行MPDV研究,并以某試驗測試任務為需求背景,研制一臺32MPDV測速主機和多種配套的測速探頭,在2016年初步完成MPDV原理樣機研制的基礎上,近期在多點測速主機及相關探頭研制方面取得較大進展。

    1  多路復用光學測速主機研制取得進步

    進行了多項關鍵技術研究,包括主機、靜態調試、應用等方面,尤其是針對波分復用引入的負面效應進行了深入的研究,并進行了多輪實驗驗證。基于前期經驗,通過集成度、儀器化(散熱、電磁、連接等)、模塊化、可調試性等方面的深入考慮和詳細規劃,以原理樣機為基礎設計了Gen-2 MPDV,如圖1所示。與原理樣機相比,Gen-2 MPDV具有較大優勢:單點信號幅度提高至原來的3倍,性噪比提高至原來的2倍以上,測速效果得到提升;體積減少30%,重量減少50%,大幅度提高了便攜性;通過優化設計,提高了MPDV組建、調試及測試效率;可靠性和穩定性得到較大改進;解決了復用技術引入MPDV后的多個負面效應,如影子信號,以及速度信號與變頻基線交疊(美國最新一代MPDV仍未解決),如圖2所示。

    多點光學測速技術進步

    多點光學測速技術進步

    2  系列化光學陣列式測速探頭完成研制及動態驗證實驗

    目前已初步完成系列化光學陣列式測速探頭的研制,該類型探頭具備集成度高、測點密度高、測點排布方式靈活、裝配方便等優點,在目標運動過程的多點測量中具備較大優勢。

    小尺寸線陣光學探頭實現了景深大于30 mm、測點分布1×162×16(可調)、測點點距可小至0.5 mm、光斑尺寸小于0.25 mm(@30 mm)等指標,可用于待測區域的密集陣列式診斷,如圖3所示。該類探頭已通過了幾十次動態實驗考核及應用。

    多點光學測速技術進步

    探索了在不增加常規單點光纖探針尺寸的前提下實現單探針多點測速的多芯光纖測速探頭,如圖4所示的六芯光纖測速探頭,大大節約了探頭占用空間,可用于集成實驗,目前已通過了動態實驗考核。

    多點光學測速技術進步

    完成了多版廣角光學測速探魚眼頭的設計、加工及測試,在探頭光束設計、光纖陣列和探頭的耦合、光纖排布方式和接口形式、集成度、整體密封等方面進行了深入研究,目前該探頭的視場角、測量景深、測點數量、最小相鄰角度、外形尺寸、密封性等指標均取得了較大進步。


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