一种太赫兹波多普勒干涉测量仪及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试领域，尤其是涉及一种太赫兹波多普勒干涉测量仪及方法。
【背景技术】
[0002] 炮弹在膛内的速度、加速度以及弹底压力是火炮及炮弹发射系统设计的关键参 数，对于发展内弹道理论、研究新型火炮和轻武器以及对武器进行校验等具有重要的意义。 确定弹丸在膛内连续运动时弹道参数的主要实验技术有微波干涉测量技术和激光干涉测 速技术。微波干涉技术受限于微波本身的波长(厘米级或毫米级），当被测弹丸的速度较小 时，如弹丸在挤进段的运动，由于弹丸的速度较低，运动距离较小，微波干涉测量结果的不 确定度相对较大。激光干涉测量技术是以激光为信息载体的测量系统，能以较高的速度分 辨率连续测量炮弹从起飞到出炮口的速度历程，进而得到位移、加速度及弹底压力，为火炮 和炮弹发射系统的设计与检测提供重要的实验参数，具有广泛的应用前景。但是激光干涉 测量技术易受炮管内烟尘的影响，往往会在弹丸运动中段由于烟尘遮挡而丢失位移信息。 而且该技术采用红外（1550nm)激光或者可见光作为光源，干涉信号的频率较高（例如速度 2km/s的干涉信号需要示波器带宽2 2.6GHz)，对示波器带宽及采样率具有很高的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题，提出了一种用于测量 物体运动速度及位移的太赫兹波多普勒干涉测量仪及方法。THz波光源装置、THz波分束器、 参考光调节装置、目标探测装置以及数据处理装置，用于通过THz滤波器对THz波分束器处 理后的干涉信号进行滤波，并将滤波后的干涉信号通过THz波探测器探测;然后通过示波器 记录THz波探测器输出的信号，最后通过处理器对示波器获取数据进行分析处理，得到目标 靶朝向干涉仪运动的距离与速度。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：
[0005] -种太赫兹波多普勒干涉测量仪包括：
[0006] THz波光源装置，用于产生太赫兹光；
[0007] THz波分束器，用于将太赫兹光反射为参考光，同时透射为信号光；并将参考光调 节装置调节并反射的参考光与目标探测装置调节并反射的信号进行合成，形成干涉信号；
[0008] 参考光调节装置，用于对THz波分束器产生的参考光进行全反射处理；
[0009] 目标探测装置，用于通过移动的目标靶反射处理后信号光；
[0010] 数据处理装置，包括THz滤波器、THz波探测器、示波器以及处理器；用于通过THz滤 波器对THz波分束器处理后的干涉信号进行滤波，并将滤波后的干涉信号通过THz波探测器 探测;然后通过示波器记录THz波探测器输出的信号，最后通过处理器对示波器获取数据进 行分析处理，得到目标靶朝向干涉仪运动的距离与速度;数据处理装置处理过程为：
[0011] 具体处理过程包括：
[0012] 步骤1:示波器记录由THz波探测器输出的电压值V(T)，所述V(T)幅值正比于THz干 (1) 涉信号功率，且满足：
[00131
[0014] 通过短时傅里叶变换，对公式（1)进行处理，得到多普勒频移fd(t);其中A代表干 涉信号直流分量，B代表干涉信号交流分量幅度，且有A = Vr+Vs，i? = 其中vr和Vs分 别为与参考光功率和信号光功率成正比的电压值，％为目标革E未启动时的0时刻参考光和 信号光的位相差，所述相位差由参考光与信号光的初始光程差决定，λ为THz光源波长;所述 目标靶为朝向干涉测量仪的单向运动;其中多普勒频移fd(t)是当目标靶以速度u(t)运动 时，其反射回来的光(太赫兹波)的频率f会由于多普勒效应发生变化，其频率变化量；
[0015] 步骤2:根据多普勒频移fd(t)和目标祀速度u(t)的关系尽^得到目标 Α , 速度u(t);
[0016] 步骤3:利用目标板位移L(T)和速度u(t)的关系￡0-) = f ?;(?)Λ得到目标靶总位 k 移。
[0017] 进一步的，所述THz波光源装置包括用于发射连续太赫兹波的THz波发生器以及防 止太赫兹波反射或后向散射光返回的隔离器;所述隔离器至于THz波产生器及THz分束器之 间。
[0018] 进一步的，所述参考光调节装置包括：
[0019] THz全反射镜，用于将THz分束器反射出作为参考光的太赫兹波反射；
[0020] THz可调衰减器，用于将THz全反射镜反射回的太赫兹波通过THz分束器进入THz探 测器。
[0021]进一步的，所述目标探测装置包括THz扩束器、Thz偏振器以及THz波准直及收集 器；
[0022] THz扩束器，用于将THz波分束器投射后的信号光进行扩束，以及对THz波准直及收 集器返回的信号光进行缩束并收集；
[0023] THz偏振器，用于将THz扩束器扩束后的信号光进行偏振态调节；以及将THz波准直 及收集器反射回的信号光进传递给THz扩束器；
[0024] THz波准直及收集器，用于对THz扩束器处理后的信号光进行准直调节，以及对目 标靶返回的信号光进行收集。
[0025]进一步的，所述数据处理装置还包括；用于减少杂散光干扰干涉信号的THz波汇聚 透镜;所述THz波产生器还包括用于对太赫兹波光束进行准直，减小光束发散角的准直透 镜，所述准直透镜放置于THz波产生器与隔离器之间。
[0026] -种太赫兹波多普勒干涉测量方法包括
[0027]步骤1:通过THz波产生装置产生太赫兹光;经过THz波分束器将太赫兹光反射为参 考光，同时透射为信号光;并将参考光调节装置调节并反射的参考光与目标探测装置调节 并反射的信号进行合成，形成干涉信号；
[0028] 步骤2:通过参考光调节装置对THz波分束器产生的参考光进行全反射处理；同时 目标探测装置通过移动的目标靶反射处理后信号光;THz分束器将参考光调节装置调节并 反射的参考光与目标探测装置调节并反射的信号进行合成，形成干涉信号；
[0029] 步骤3:通过数据处理装置的THz滤波器对THz波分束器处理后的干涉信号进行滤 波，并将滤波后的干涉信号通过数据处理装置的THz波探测器探测;然后通过数据处理装置 的示波器记录THz波探测器输出的信号，最后通过数据处理装置的处理器对示波器获取数 据进行分析处理，得到目标靶朝向干涉仪运动的距离与速度；
[0030] 具体处理过程包括：
[0031] 步骤31:示波器记录由THz波探测器输出的电压值V(T)，所述V(T)幅值正比于THz 干涉信号功率，且满足：
V ^ J[0033] 通过短时傅里叶变换，对公式（1)进行处理，得到多普勒频移fd(t);其中Α代表干 ^λλοο? ⑴： 涉信号直流分量，B代表干涉信号交流分量幅度，且有A = Vr+Vs，S = 2^/^^其中Vr和Vs分 别为与参考光功率和信号光功率成正比的电压值，科为目标革E未启动时的0时刻参考光和 信号光的位相差，所述相位差由参考光与信号光的初始光程差决定，λ为THz光源波长;所述 目标靶为朝向干涉测量仪的单向运动;其中多普勒频移fd(t)是当目标靶以速度u(t)运动 时，其反射回来的光(太赫兹波）的频率f会由于多普勒效应发生变化，其频率变化量;步骤 32:根据多普勒频移fd(t)和目标板速度u(t)的关系^得到目标速度u(t);
[0034] 步骤33:利用目标板位移L(T)和速度u(t)的关系Ι0-) f α(?)Λ得到目标靶总位 Jo 移。
[0035]进一步的，所述THz波光源装置包括用于发射连续太赫兹波的THz波发生器以及防 止太赫兹波反射或后向散射光返回的隔离器;所述隔离器至于THz波产生器及THz分束器之 间。
[0036]进一步的，所述参考光调节装置包括：
[0037] THz全反射镜，用于将THz分束器反射出作为参考光的太赫兹波反射；
[0038] THz可调衰减器，用于将THz全反射镜反射回的太赫兹波通过THz分束器进入THz探 测器。
[0039]进一步的，所述目标探测装置包括THz扩束器、Thz偏振器以及THz波准直及收集 器；
[0040] THz扩束器，用于将THz波分束器投射后的信号光进行扩束，以及对THz波准直及收 集器返回的信号光进行缩束并收集；
[0041 ] THz偏振器，用于将THz扩束器扩束后的信号光进行偏振态调节；以及将THz波准直 及收集器反射回的信号光进传递给THz扩束器；
[0042] THz