一种光电一体化探针的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种光电一体化探针，所述的光电一体化探针的光电探针与传输光纤单元连接，用于对微喷到达光电探针端面之间的状态信息及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达光电探针端面之间的速度信息的测量，传输光纤的输出端与滤光片连接，滤光片的另一端与光电倍增管连接，光电倍增管将滤光片输出的光信号转换为电信号，并通过高频电缆输入到数字示波器，用于对信号进行分析；电缆输出的电信号与网络源连接，网络源输出的电信号经过高频电缆输入到数字示波器。本发明适用于冲击物理、爆轰物理及流体动力学等领域。
【专利说明】一种光电一体化探针
【技术领域】
[0001]本发明属于光电传感器研究【技术领域】，具体涉及一种光电一体化探针，用于冲击试验的快响应光电传感器，本发明适用于高速飞片速度、冲击波速度以及微喷到达光电探针端面之间的密度、压力变化过程的精确测量。
【背景技术】
[0002]现有的光电探针对于冲击试验的微喷射到达光纤端面之间的密度、压力变化过程的测量具有明显的优势，而且具有响应时间快、抗电磁干扰能力强等优点，缺点是不能对高速飞片速度和冲击波速度进行测量；而电探针对于冲击试验的高速飞片到达电探针端面之间的速度和冲击波速度的测量具有的明显优势，但电探针易受电磁干扰，对于微喷射到达电探针端面之间的密度、压力变化测量并不具有明显优势。
【发明内容】
[0003]为了同时实现对冲击试验中微喷射到达光纤端面之间的密度、压力变化过程进行测量，和高速飞片速度、冲击波速度的测量，本发明提供了一种光电一体化探针。
[0004]本发明的一种光电一体化探针，所述的光电一体化探针中的光电探针与传输光纤单元连接，用于对微喷到达光电探针端面之间的状态信息及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达光电探针端面之间的速度信息的测量，传输光纤的输出端与滤光片连接，滤光片的另一端与光电倍增管连接，光电倍增管将滤光片输出的光信号转换为电信号，并通过高频电缆输入到数字示波器，用于对信号进行分析；电缆输出的电信号与网络源连接，网络源输出的电信号经过高频电缆输入到数字示波器。
[0005]本发明的光电一体化探针用于微喷射到达光电探针端面之间的密度、压力变化过程测量及高速飞片速度、冲击波速度的测量包括光电一体化探针、信号传输单元、窄带滤光片、光电倍增管、示波器。其中，光电一体化探针一端垂直放置于待测样品表面或表面前一定距离，用于感应试验样品的冲击，光电一体化探针的另一端与信号传输单元的一端连接，其作用是将测量的光信号和电信号传输到光电倍增管和示波器。由于冲击波与光电探针相互作用存在杂散光，因此，在传输单元中的光纤与光电倍增管之间放置窄带滤光片，主要是用于滤除信号光以外的杂散光，提取出系统所需的信号光。窄带滤光片的一端与信号传输单元连接，另外一端与光电倍增管一端连接，光电倍增管的主要作用是将测量的光信号转换为电信号，光电倍增管的另外一端与示波器连接。光电探针的另一端与传输单元中的电缆连接，电缆的另一端与示波器连接，示波器主要用于对冲击信号进行分析。
[0006]本发明的光电一体化探针利用石英光纤和焊有金属导线的金属套管作为传感元件，然后将两种传感元件垂直放置于待测样品表面或表面前一定距离，利用石英光纤、金属在冲击的作用下的特性工作，通过示波器给出的信号就可以获得冲击试验中微喷到达光电探针端面之间的状态信息，及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达探针端面之间高速飞片速度。[0007]本发明解决的技术问题所采用的技术方案是:采用300mnT600mm的多模石英光纤作为光电探针，在光电探针的金属套管上焊接一根金属导线，然后将光电探针置于待测样品表面，在冲击作用下石英光纤会给出一个宽光谱的光脉冲信号，再通过中心波长532nm、通带宽度为IOnm的窄带干涉滤光片限制进入光电倍增管的光谱范围，以提高系统稳定性，利用上升时间0.8ns的光电倍增管将光脉冲转换为电脉冲，通过示波器将该电脉冲记录下来，从而可以获得微喷到达光电探针端面之间的密度、压力信息，同时通过反射信号幅度的变化还可以分析飞层过渡层的状态信息。光电探针接地线在金属靶架上，光电探针在冲击作用下产生电脉冲信号，该电脉冲直接被示波器记录下来，可以获得飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达电探针端面之间的高速飞片速度。
[0008]本发明的有益效果是:能够测量微喷到达光电探针端面之间的状态信息及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达探针端面之间高速飞片速度，具有响应时间短、抗干扰能力强，传输介质为普通的石英光纤和电缆，可以远距离测量的优点；同时本发明由光电一体化探针、传输单元、窄带滤光片、光电倍增管和示波器构成，系统结构简单，用户易于操作。
[0009]本发明的用于冲击试验的快响应光电一体化探针，具有极快的响应时间。本发明适用于冲击波物理和流体力学的研究领域。
[0010]本发明的光电一体化探针不仅实现了微喷射到达光纤端面之间的密度、压力变化过程的测量，同时也实现了高速飞片速度、冲击波速度的测量，而且该光电一体化探针具有操作简单、抗电磁干扰能力强、可以进行远距离测试等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的冲击光电一体化探针的结构示意图；
图2为本发明的光电一体化探针的总体结构原理框图；
图中:1光纤 2铜套管 3热缩管 4铜导线5光纤连接器 6电连
接器 7试验样品 8光电探针 9探针定位板10光纤连接器 11电缆
连接器 12传输光纤 13电缆 14滤光片 15光电倍增管16前置放
大器 17网络源 18高频电缆 19高频电缆20数字示波器。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0013]图1为本发明的冲击光电一体化探针的结构示意图，如图1所示，光纤I的一端放入铜套管2里面，且光纤I端面和铜套管2的端面在一个垂直平面内，铜导线4的一端焊接在铜套管的表面，并在其表面套有热缩管3，其作用是防止铜导线与电探针表面结合点松动，光纤I的另一端与光纤连接器6的一端连接，铜导线4的另一端与电连接器连接。
[0014]为本发明的光电一体化探针的总体结构原理框图，如图2所示，试验样品7表面与光电探针8的一端连接，其功能是测量微喷到达光电探针端面之间的状态信息及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达探针端面之间的速度信息，光电探针8的另一端与探针定位板9的一端连接，其功能是控制光电探针8与试验样品7的距离。探针定位板9的另一端分别与光纤连接器10的一端和电缆连接器11的一端连接，传输光纤12的一端与光纤连接器10的另一端连接，另一端与滤光片14 一端连接，滤光片14的主要用于对杂散光进行滤波，提取出系统所需信号。光电倍增管15的一端与滤光片14的另一端连接，光电倍增管15的作用是将光信号转换为电信号。前置放大器16的一端与光电倍增管15的另一端连接，其作用是将光电倍增管输出的电信号进行放大。前置放大器16的另一端与高频电缆18的一端连接，另一端与数字示波器20连接。电缆连接器11的另一端与电缆13的一端连接，网络源17的一端与电缆13的另一端连接，网络源17的作用是给电探针提供一个脉冲信号。网络源17的另一端与高频电缆19的一端连接，高频电缆19的另一端与数字示波器20连接，数字示波器20的作用是对信号进行分析。
[0015]本发明的用于微喷到达光电探针端面之间的状态信息及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达探针端面之间的速度信息测量的冲击光电一体化探针弥补了光电探针或电探针的不足，不仅可以对微喷道道光纤端面之间的状态信息进行测量，而且还可以对飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达探针端面之间的速度信息进行测量。
[0016]本发明采用石英光纤作为信号传输单元，不仅降低了系统噪声，提高了信号信噪t匕，而且延长了信号传输距离。
[0017]本发明采用的光电倍增管用于光电转换，响应时间快，而且增益可调，为核心器件。
[0018]本发明采用的示波器带宽500MHz，采样率lGSa/s，记录长度10M，4通道。
[0019]图2为本发明的光电一体化探针的总体结构原理框图。从图中可以看出，在微喷到达光电探针端面之间的状态信息及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达探针端面之间的速度信息测量试验中，需要在待测样品的表面垂直布置光电探针阵列，并插入探针定位板用胶水固定。试验时，光电一体化探针给出的光脉冲信号和电脉冲信号分别通过传输光纤12和电缆13进行传输,其中光脉冲信号传输到带通为532±5nm的滤光片14中，再输入到上升时间小于Ins的光电倍增管15中，光电倍增管15给出电信号经过前置放大器16输入到模拟带宽500MHz、采样率lGSa/s的数字示波器20记录。电缆13输出的电信号经过网络源17，并通过高频电缆19输入到模拟带宽500MHz、采样率lGSa/s的数字示波器20记录。
【权利要求】
1.一种光电一体化探针，其特征在于:所述的光电一体化探针的光电探针与传输光纤单元连接，用于对微喷到达光电探针端面之间的状态信息及飞层启动到飞层过渡层密度较大部分到达光电探针端面之间的速度信息的测量，传输光纤的输出端与滤光片连接，滤光片的另一端与光电倍增管连接，光电倍增管将滤光片输出的光信号转换为电信号，并通过高频电缆输入到数字示波器，用于对信号进行分析；电缆输出的电信号与网络源连接，网络源输出的电信号经过高频电缆输入到数字示波器。
2.根据权利要求1所述的光电一体化探针，其特征在于:所述传输光纤的芯径为50mm-1000mmo
3.根据权利要求1所述的光电一体化探针，其特征在于:所述的滤光片的中心波长为532nm、通带半 高宽为10nm。
4.根据权利要求1所述的光电一体化探针，其特征在于:所述的光电倍增管的上升时间为0.8ns，光谱响应范围为500nm-600nm。
【文档编号】G01D5/26GK103900622SQ201410139711
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】王荣波, 周维军, 陈永套, 叶燕, 吴廷烈, 何莉华 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所