一种应用于爆轰自由场压力测量的光纤传感系统的制作方法

本发明涉及光纤传感技术的应用领域，尤其是一种应用于爆轰自由场压力测量的光纤传感系统。

背景技术：

爆炸压力测量从测点所属的位置来划分主要包括结构物表面压力和自由场压力测量。自由场压力测量按测点距离分为中远场及近场，爆炸冲击波特性的研究以冲击波近场压力为主，近场压力测量一般可以使用电子学测量和光学测量方法，运用电子学测量近场压力一直是一个难题，因为近场压力一般在gpa量级，而通常较敏感的压力传感器的量程都小于1gpa，另外爆炸近场冲击波阵面与波后流场并未完全分离开，测量会受到干扰，美国pcb公司生产传感器是目前应用最为广泛的一种商用传感器，其价格极为昂贵，国外大部分非军方研究机构以及国内几乎所有的科研院所都在使用这种传感器。该传感器响应时间低于2μs，量程最大为600mpa，只能适用于中远场低压测量，并不适合爆炸近场ns级上升时间，数gpa爆轰压力测量。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种光纤传感系统，应用于爆轰自由场压力的测量上。以实现对微米级位置的分辨以及对纳秒级时间分辨的爆轰压力测量，且测量压强的量程达到数gpa。

本发明采用的技术方案如下：

一种应用于爆轰自由场压力测量的光纤传感系统，其包括光源、光纤探头、解调子系统、光电转换子系统和数据采集子系统；光源连接光纤探头的光源输入端，光纤探头的数据采集输出端、解调子系统、光电转换子系统和数据采集子系统依次连接；其中，光源将光入射到光纤探头，光纤探头在冲击波压力影响下压缩，引起反射布拉格波长位移，解调子系统将该波长位移信息转换为光强变化信息后，经光电转换子系统转换为电信号数据，数据采集子系统对该电信号数据进行记录，得到数字化的测量数据。

本发明的上述光纤传感系统，可实现微米级位置分辨，7gpa压强范围及ns级时间分辨的爆轰压力测量。且本发明的光纤传感系统构造简单、造价便宜。

进一步的，上述光源为宽光谱光源。

进一步的，上述光纤探头为光纤布拉格光栅。

进一步的，上述数据采集子系统为高速记录仪。

进一步的，上述光纤探头和所述光源的波长范围相同。

进一步的，上述光纤探头和所述光源的波长范围均为c波段。

进一步的，上述光纤传感系统的使用方法包括：将所述光纤探头垂直于冲击波阵面设置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明设计的光纤传感系统结构简单、造价低，可实现对爆轰自由场压力纳秒级上升时间的测量，测量量程可达7gpa，且可实现对位置的微米级分辨。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明光纤传感系统的一个实施例。

图2是测量距离炸药表面1mm处的近场爆轰压力测量结果。

图3是测量距离炸药表面10mm的近场爆轰压力测量结果。

图4是测量距离炸药表面1006mm处的远场爆轰压力测量结果。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

本实施例公开了一种应用于爆轰自由场压力测量的光纤传感系统，其包括光源、光纤探头、解调子系统、光电转换子系统和数据采集子系统；光源连接光纤探头的光源输入端，光纤探头的数据采集输出端、解调子系统、光电转换子系统和数据采集子系统依次连接；使用时，光纤探头垂直于冲击波阵面设置；其中，光源将光入射到光纤探头，光纤探头在冲击波影响下压缩，引起反射布拉格波长位移，解调子系统将该波长位移信息转换为光强变化信息后，经光电转换子系统转换为电信号数据，数据采集子系统对该电信号数据进行记录，得到数字化的测量数据。该测量数据具有百微米级的位置分辨率，纳秒级的时间分辨率和高压强量程的测量特点。

实施例二

基于实施例一，本实施例公开了另一种应用于爆轰自由场压力测量的光纤传感系统，如图1所示，其包括光源1、光纤探头3、环形器2、解调器4、光电探测器5和数据采集器6，其中光源1通过环形器2将光入射到光纤探头3，光纤探头3将返回光经环形器2发送给解调器4，解调器4将返回光的波长位移信息转换为光强变化信息后，再经光电转换器5转换为模拟信号，数据采集器6对模拟信号进行记录得到对应的数字信号。

实施例三

基于实施例二，本实施例三公开了另一种应用于爆轰自由场压力测量的光纤传感系统，其包括宽光谱光源、环形器、光纤布拉格光栅压力传感器、解调器、光电探测器和高速记录仪。宽光谱光源通过环形器将光入射到光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅将返回光经环形器发送给解调器，解调器将返回光的波长位移信息转换为光强变化信息后，再经光电转换器转换为模拟的电压幅度信号，高速记录仪对模拟信号进行记录得到对应的可视化数字信号。如图2-4所示，为部分测量结果，其中，图2是测量距离炸药表面1mm处的近场爆轰压力，图3是测量距离炸药表面10mm的近场爆轰压力，图4是测量距离炸药表面1006mm处的远场爆轰压力，在图4中，很明显空气冲击波和爆轰产物分离，有两个压力峰值，这也和许多测量远场压力曲线的文献结果一致。

在一个实施例中，光纤布拉格光栅和光源的波长范围相同，均为c波段。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种应用于爆轰自由场压力测量的光纤传感系统，其包括光源、光纤探头、解调子系统、光电转换子系统和数据采集子系统；光源连接光纤探头的光源输入端，光纤探头的数据采集输出端、解调子系统、光电转换子系统和数据采集子系统依次连接；其中，光源将光入射到光纤探头，光纤探头在冲击波压力影响下压缩，引起反射布拉格波长位移，解调子系统将该波长位移信息转换为光强变化信息后，经光电转换子系统转换为电信号数据，数据采集子系统对该电信号数据进行记录，得到数字化的测量数据。本发明设计的光纤传感系统结构简单、造价低，可实现对爆轰自由场压力纳秒级上升时间的测量，测量量程可达7GPa，且可实现对位置的微米级分辨。

技术研发人员：陶世兴;叶雁;刘振清;蒙建华;高鹏;何莉华;陈光华;彭其先
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院流体物理研究所
技术研发日：2019.05.31
技术公布日：2019.09.06