一種光電一體化探針的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光電一體化探針,所述的光電一體化探針的光電探針與傳輸光纖單元連接,用于對微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達光電探針端面之間的速度信息的測量,傳輸光纖的輸出端與濾光片連接,濾光片的另一端與光電倍增管連接,光電倍增管將濾光片輸出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并通過高頻電纜輸入到數(shù)字示波器,用于對信號進行分析;電纜輸出的電信號與網(wǎng)絡(luò)源連接,網(wǎng)絡(luò)源輸出的電信號經(jīng)過高頻電纜輸入到數(shù)字示波器。本發(fā)明適用于沖擊物理、爆轟物理及流體動力學等領(lǐng)域。
【專利說明】一種光電一體化探針
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電傳感器研究【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種光電一體化探針,用于沖擊試驗的快響應(yīng)光電傳感器,本發(fā)明適用于高速飛片速度、沖擊波速度以及微噴到達光電探針端面之間的密度、壓力變化過程的精確測量。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的光電探針對于沖擊試驗的微噴射到達光纖端面之間的密度、壓力變化過程的測量具有明顯的優(yōu)勢,而且具有響應(yīng)時間快、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點,缺點是不能對高速飛片速度和沖擊波速度進行測量;而電探針對于沖擊試驗的高速飛片到達電探針端面之間的速度和沖擊波速度的測量具有的明顯優(yōu)勢,但電探針易受電磁干擾,對于微噴射到達電探針端面之間的密度、壓力變化測量并不具有明顯優(yōu)勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了同時實現(xiàn)對沖擊試驗中微噴射到達光纖端面之間的密度、壓力變化過程進行測量,和高速飛片速度、沖擊波速度的測量,本發(fā)明提供了一種光電一體化探針。
[0004]本發(fā)明的一種光電一體化探針,所述的光電一體化探針中的光電探針與傳輸光纖單元連接,用于對微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達光電探針端面之間的速度信息的測量,傳輸光纖的輸出端與濾光片連接,濾光片的另一端與光電倍增管連接,光電倍增管將濾光片輸出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并通過高頻電纜輸入到數(shù)字示波器,用于對信號進行分析;電纜輸出的電信號與網(wǎng)絡(luò)源連接,網(wǎng)絡(luò)源輸出的電信號經(jīng)過高頻電纜輸入到數(shù)字示波器。
[0005]本發(fā)明的光電一體化探針用于微噴射到達光電探針端面之間的密度、壓力變化過程測量及高速飛片速度、沖擊波速度的測量包括光電一體化探針、信號傳輸單元、窄帶濾光片、光電倍增管、示波器。其中,光電一體化探針一端垂直放置于待測樣品表面或表面前一定距離,用于感應(yīng)試驗樣品的沖擊,光電一體化探針的另一端與信號傳輸單元的一端連接,其作用是將測量的光信號和電信號傳輸?shù)焦怆姳对龉芎褪静ㄆ?。由于沖擊波與光電探針相互作用存在雜散光,因此,在傳輸單元中的光纖與光電倍增管之間放置窄帶濾光片,主要是用于濾除信號光以外的雜散光,提取出系統(tǒng)所需的信號光。窄帶濾光片的一端與信號傳輸單元連接,另外一端與光電倍增管一端連接,光電倍增管的主要作用是將測量的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,光電倍增管的另外一端與示波器連接。光電探針的另一端與傳輸單元中的電纜連接,電纜的另一端與示波器連接,示波器主要用于對沖擊信號進行分析。
[0006]本發(fā)明的光電一體化探針利用石英光纖和焊有金屬導線的金屬套管作為傳感元件,然后將兩種傳感元件垂直放置于待測樣品表面或表面前一定距離,利用石英光纖、金屬在沖擊的作用下的特性工作,通過示波器給出的信號就可以獲得沖擊試驗中微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息,及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間高速飛片速度。[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:采用300mnT600mm的多模石英光纖作為光電探針,在光電探針的金屬套管上焊接一根金屬導線,然后將光電探針置于待測樣品表面,在沖擊作用下石英光纖會給出一個寬光譜的光脈沖信號,再通過中心波長532nm、通帶寬度為IOnm的窄帶干涉濾光片限制進入光電倍增管的光譜范圍,以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,利用上升時間0.8ns的光電倍增管將光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖,通過示波器將該電脈沖記錄下來,從而可以獲得微噴到達光電探針端面之間的密度、壓力信息,同時通過反射信號幅度的變化還可以分析飛層過渡層的狀態(tài)信息。光電探針接地線在金屬靶架上,光電探針在沖擊作用下產(chǎn)生電脈沖信號,該電脈沖直接被示波器記錄下來,可以獲得飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達電探針端面之間的高速飛片速度。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:能夠測量微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間高速飛片速度,具有響應(yīng)時間短、抗干擾能力強,傳輸介質(zhì)為普通的石英光纖和電纜,可以遠距離測量的優(yōu)點;同時本發(fā)明由光電一體化探針、傳輸單元、窄帶濾光片、光電倍增管和示波器構(gòu)成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,用戶易于操作。
[0009]本發(fā)明的用于沖擊試驗的快響應(yīng)光電一體化探針,具有極快的響應(yīng)時間。本發(fā)明適用于沖擊波物理和流體力學的研究領(lǐng)域。
[0010]本發(fā)明的光電一體化探針不僅實現(xiàn)了微噴射到達光纖端面之間的密度、壓力變化過程的測量,同時也實現(xiàn)了高速飛片速度、沖擊波速度的測量,而且該光電一體化探針具有操作簡單、抗電磁干擾能力強、可以進行遠距離測試等優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的沖擊光電一體化探針的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明的光電一體化探針的總體結(jié)構(gòu)原理框圖;
圖中:1光纖 2銅套管 3熱縮管 4銅導線5光纖連接器 6電連
接器 7試驗樣品 8光電探針 9探針定位板10光纖連接器 11電纜
連接器 12傳輸光纖 13電纜 14濾光片 15光電倍增管16前置放
大器 17網(wǎng)絡(luò)源 18高頻電纜 19高頻電纜20數(shù)字示波器。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0013]圖1為本發(fā)明的沖擊光電一體化探針的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示,光纖I的一端放入銅套管2里面,且光纖I端面和銅套管2的端面在一個垂直平面內(nèi),銅導線4的一端焊接在銅套管的表面,并在其表面套有熱縮管3,其作用是防止銅導線與電探針表面結(jié)合點松動,光纖I的另一端與光纖連接器6的一端連接,銅導線4的另一端與電連接器連接。
[0014]為本發(fā)明的光電一體化探針的總體結(jié)構(gòu)原理框圖,如圖2所示,試驗樣品7表面與光電探針8的一端連接,其功能是測量微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間的速度信息,光電探針8的另一端與探針定位板9的一端連接,其功能是控制光電探針8與試驗樣品7的距離。探針定位板9的另一端分別與光纖連接器10的一端和電纜連接器11的一端連接,傳輸光纖12的一端與光纖連接器10的另一端連接,另一端與濾光片14 一端連接,濾光片14的主要用于對雜散光進行濾波,提取出系統(tǒng)所需信號。光電倍增管15的一端與濾光片14的另一端連接,光電倍增管15的作用是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。前置放大器16的一端與光電倍增管15的另一端連接,其作用是將光電倍增管輸出的電信號進行放大。前置放大器16的另一端與高頻電纜18的一端連接,另一端與數(shù)字示波器20連接。電纜連接器11的另一端與電纜13的一端連接,網(wǎng)絡(luò)源17的一端與電纜13的另一端連接,網(wǎng)絡(luò)源17的作用是給電探針提供一個脈沖信號。網(wǎng)絡(luò)源17的另一端與高頻電纜19的一端連接,高頻電纜19的另一端與數(shù)字示波器20連接,數(shù)字示波器20的作用是對信號進行分析。
[0015]本發(fā)明的用于微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間的速度信息測量的沖擊光電一體化探針彌補了光電探針或電探針的不足,不僅可以對微噴道道光纖端面之間的狀態(tài)信息進行測量,而且還可以對飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間的速度信息進行測量。
[0016]本發(fā)明采用石英光纖作為信號傳輸單元,不僅降低了系統(tǒng)噪聲,提高了信號信噪t匕,而且延長了信號傳輸距離。
[0017]本發(fā)明采用的光電倍增管用于光電轉(zhuǎn)換,響應(yīng)時間快,而且增益可調(diào),為核心器件。
[0018]本發(fā)明采用的示波器帶寬500MHz,采樣率lGSa/s,記錄長度10M,4通道。
[0019]圖2為本發(fā)明的光電一體化探針的總體結(jié)構(gòu)原理框圖。從圖中可以看出,在微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達探針端面之間的速度信息測量試驗中,需要在待測樣品的表面垂直布置光電探針陣列,并插入探針定位板用膠水固定。試驗時,光電一體化探針給出的光脈沖信號和電脈沖信號分別通過傳輸光纖12和電纜13進行傳輸,其中光脈沖信號傳輸?shù)綆?32±5nm的濾光片14中,再輸入到上升時間小于Ins的光電倍增管15中,光電倍增管15給出電信號經(jīng)過前置放大器16輸入到模擬帶寬500MHz、采樣率lGSa/s的數(shù)字示波器20記錄。電纜13輸出的電信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)源17,并通過高頻電纜19輸入到模擬帶寬500MHz、采樣率lGSa/s的數(shù)字示波器20記錄。
【權(quán)利要求】
1.一種光電一體化探針,其特征在于:所述的光電一體化探針的光電探針與傳輸光纖單元連接,用于對微噴到達光電探針端面之間的狀態(tài)信息及飛層啟動到飛層過渡層密度較大部分到達光電探針端面之間的速度信息的測量,傳輸光纖的輸出端與濾光片連接,濾光片的另一端與光電倍增管連接,光電倍增管將濾光片輸出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并通過高頻電纜輸入到數(shù)字示波器,用于對信號進行分析;電纜輸出的電信號與網(wǎng)絡(luò)源連接,網(wǎng)絡(luò)源輸出的電信號經(jīng)過高頻電纜輸入到數(shù)字示波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電一體化探針,其特征在于:所述傳輸光纖的芯徑為50mm-1000mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電一體化探針,其特征在于:所述的濾光片的中心波長為532nm、通帶半 高寬為10nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電一體化探針,其特征在于:所述的光電倍增管的上升時間為0.8ns,光譜響應(yīng)范圍為500nm-600nm。
【文檔編號】G01D5/26GK103900622SQ201410139711
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】王榮波, 周維軍, 陳永套, 葉燕, 吳廷烈, 何莉華 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所