一种光学时间差和爆速测量装置及方法
阅读说明：本技术 一种光学时间差和爆速测量装置及方法 (Optical time difference and detonation velocity measuring device and method ) 是由 张勇 梁锋 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光学时间差和爆速测量装置及方法,包括导索、多个导索夹具、多个导光装置和分析计算装置,所述导索安装于多个导索夹具上,所述导索夹具上设置有出口和入口,导索夹具的入口对应导索,所述导光装置设置有出光口和入光口,导索夹具的出口连接导光装置的入光口,导索夹具与导光装置一一对应连接,导光装置的出光口连接分析计算装置。本申请方案发明了一种0.1微秒级的高精度光学时间差和爆速测量装置及方法,其原理是利用导索燃烧放光的特性,采用在导索的多个不同位置布置多个光电传感器接收光信号,记录每个点光信号的时间,通过计算各个点的时间差以及对应的距离,计算出导索燃烧的爆速。(The invention discloses an optical time difference and detonation velocity measuring device and method, which comprises a guide cable, a plurality of guide cable clamps, a plurality of light guide devices and an analysis and calculation device, wherein the guide cable is arranged on the guide cable clamps, the guide cable clamps are provided with an outlet and an inlet, the inlet of each guide cable clamp corresponds to the guide cable, the light guide devices are provided with light outlets and light inlets, the outlets of the guide cable clamps are connected with the light inlets of the light guide devices, the guide cable clamps are connected with the light guide devices in a one-to-one correspondence manner, and the light outlets of the light guide devices are connected with the analysis and calculation device. The principle of the device is that the characteristic of light emission of combustion of a guide cable is utilized, a plurality of photoelectric sensors are arranged at different positions of the guide cable to receive optical signals, the time of each point of the optical signals is recorded, and the detonation velocity of combustion of the guide cable is calculated by calculating the time difference and the corresponding distance of each point.)
技术领域
本发明涉及光学时间差和爆速测量领域，更具体的说是涉及一种光学时间差和爆速测量装置及方法。
背景技术
目前航空航天领域火箭、导弹等的点火导索燃烧速度的测量主要采用电爆法测量、高速摄像等方法。
电爆法测量其原理是利用导索燃烧时击穿空气产生电离层导通电路，从而测量到导索两端测量点的时间差并计算燃烧速度。
高速摄像法采用及其昂贵的高速摄像机拍摄下整个燃烧过程，并分析出燃烧的时间，进而计算出燃烧爆速的方法。
电爆法、高速摄像法应用已经很成熟了，这种方法简单、稳定可靠；但是在实际的生产过程中也发现其不足之处或者缺陷，在于：
1. 电爆法：
1.1. 导索燃烧时产生的电离层是个球状，其半径很小；这要求测量时，两个测点位置都需要精确的安装部署、固定导索和导电探针的相对位置，不利于提高测量效率；
1.2. 导索燃烧时伴随着高能爆炸，多数时候会导致测量装置被损毁，即测量装置是一次性；
1.3. 因为需要精确部署导索和导电探针的相对位置，测量装置的制作、安装部署非常耗时，即工作效力非常低；
1.4. 导索燃烧伴随着高能电子辐射，要求测量现场附近的电子设备具有很高的防电子辐射、电子干扰的能力。
2. 高速摄像法：
2.1. 能满足性能要求的高速摄像机极其昂贵，而测量过程中容易受到损伤，损伤后维修需要专业的设备，维修不方便、维修费用极高；
2.2. 对测试现场的环境清洁要求很高；
2.3. 高速摄像机和配套设备组成比较复杂；
2.4. 对测试人员的专业技术水平、操作技术水平要求比较高；
2.5. 测量环境的安装部署比较耗时，测量效率低，不适应大规模生产的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种光学时间差和爆速测量装置及方法，用于解决上述问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种光学时间差和爆速测量装置，包括导索、多个导索夹具、多个导光装置和分析计算装置，所述导索安装于多个导索夹具上，所述导索夹具上设置有出口和入口，导索夹具的入口对应导索，所述导光装置设置有出光口和入光口，导索夹具的出口连接导光装置的入光口，导索夹具与导光装置一一对应连接，导光装置的出光口连接分析计算装置。
进一步的，所述导光装置包括壳体、光纤束、光放大器和聚光透镜，所述光纤束的一端设置于壳体内并与导索夹具的出口对应，所述光放大器安装于光纤束的一端，光纤束的另一端通过导索夹具的出口穿过壳体连接分析计算装置，所述导索夹具的入口设置有聚光透镜，所述光纤束正对聚光透镜的聚光点。
进一步的，所述导光装置的入光口还设置有防护玻璃，所述防护玻璃对聚光透镜进行封装。
进一步的，所述分析计算装置包括感光电路和分析计算设备，所述感光电路的输入端连接导光装置的出光口，感光电路的输出端连接分析计算设备。
进一步的，所述感光电路包括：
光电转换调理模块，用于提取光信号，并对光信号进行调理；
一级信号放大调理模块和二级信号放大调理模块，用于对提取到的信号进行一次和二次放大调理；
信号比较输出模块，用于根据所设阈值，将放大调理后的信号进行输出；
其中，所述光电转换调理模块、一级信号放大调理模块、二级信号放大调理模块和信号比较输出模块依次连接，光电转换调理模块的输入端连接导光装置的出光口，信号比较输出模块的输出端连接分析计算设备。
一种光学时间差和爆速测量方法，包括以下步骤：
S1. 利用导索燃烧放光的特性，采用在导索的多个不同位置布置多个光电传感器接收光信号；
S2. 记录每个点光信号的时间，通过计算各个点的时间差以及对应的距离，计算出导索燃烧的爆速。
进一步的，所述在导索的多个不同位置布置具体为：根据不同数量的测点，部署的相应数量的导索夹具和导光装置。
进一步的，所述导索的爆速计算公式为：
V1 = L / （T2-1 – T1-1）
V2 = L / （T2-2 – T1-1）
V3 = L / （T2-1 – T1-2）
V4 = L / （T2-1 – T1-2）
平均爆速 = （V1 + V2 + V3 + V4 +）/ 4；
其中，所述T1-1表示A1通道记录的燃烧到达第一个光检测点的时间；T1-2表示A2通道记录的燃烧到达第一个光检测点的时间；T2-1表示B1通道记录的燃烧到达第二个光检测点的时间；T2-2表示B2通道记录的燃烧到达第二个光检测点的时间；L表示第一个光检测点与第二个光检测点距离；V表示导索的爆速；所述A1、A2、B1、B2分别为分析计算设备的输入通道，所述A1、A2连接导索上的一个光电传感器；B1、B2连接导索上的另一个光电传感器。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
（1）本申请方案发明了一种0.1微秒级的高精度光学时间差和爆速测量装置及方法，其原理是利用导索燃烧放光的特性，采用在导索的多个不同位置布置多个光电传感器接收光信号，记录每个点光信号的时间，通过计算各个点的时间差以及对应的距离，计算出导索燃烧的爆速；
（2）本申请方案发明了一种高灵敏度的感光电路，可精确到0.1微秒的感光时间差的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提出的一种光学时间差和爆速测量装置的装置结构图；
图2为本发明实施例提出的光电转换调理模块的电路原理图；
图3为本发明实施例提出的一级信号放大调理模块的电路原理图；
图4为本发明实施例提出的二级信号放大调理模块的电路原理图；
图5为本发明实施例提出的信号比较输出模块的电路原理图；
图6为本发明实施例提出的多个检测点的一种光学时间差和爆速测量装置的装置结构意义图；
图7为本发明实施例提出的一种用于光学时间差和爆速测量的可多次重复使用的夹具装置的装置结构图；
图中，1-底座、2-导索、3-夹具设备、4-支撑底板、5-挡板、6-水平定位销、7-垂直定位销、8-支撑U型板、9-导光板、10-导光槽、11-遮光板、12-安装座、13-弹簧、14-拉杆、15-压紧头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
实施例1
本实施例一种光学时间差和爆速测量装置，包括导索、多个导索夹具、多个导光装置和分析计算装置，所述导索安装于多个导索夹具上，所述导索夹具上设置有出口和入口，导索夹具的入口对应导索，所述导光装置设置有出光口和入光口，导索夹具的出口连接导光装置的入光口，导索夹具与导光装置一一对应连接，导光装置的出光口连接分析计算装置。
进一步的，所述导光装置包括壳体、光纤束、光放大器和聚光透镜，所述光纤束的一端设置于壳体内并与导索夹具的出口对应，所述光放大器安装于光纤束的一端，光纤束的另一端通过导索夹具的出口穿过壳体连接分析计算装置，所述导索夹具的入口设置有聚光透镜，所述光纤束正对聚光透镜的聚光点。
进一步的，所述导光装置的入光口还设置有防护玻璃，所述防护玻璃对聚光透镜进行封装。
进一步的，所述分析计算装置包括感光电路和分析计算设备，所述感光电路的输入端连接导光装置的出光口，感光电路的输出端连接分析计算设备。
进一步的，所述感光电路包括：
光电转换调理模块，用于提取光信号，并对光信号进行调理；
一级信号放大调理模块和二级信号放大调理模块，用于对提取到的信号进行一次和二次放大调理；
信号比较输出模块，用于根据所设阈值，将放大调理后的信号进行输出；
其中，所述光电转换调理模块、一级信号放大调理模块、二级信号放大调理模块和信号比较输出模块依次连接，光电转换调理模块的输入端连接导光装置的出光口，信号比较输出模块的输出端连接分析计算设备。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例进一步提出一种光学时间差和爆速测量方法，包括以下步骤：
S1. 利用导索燃烧放光的特性，采用在导索的多个不同位置布置多个光电传感器接收光信号；
S2. 记录每个点光信号的时间，通过计算各个点的时间差以及对应的距离，计算出导索燃烧的爆速。
进一步的，所述在导索的多个不同位置布置具体为：根据不同数量的测点，部署的相应数量的导索夹具和导光装置，如图6。
进一步的，所述导索的爆速计算公式为：
V1 = L / （T2-1 – T1-1）
V2 = L / （T2-2 – T1-1）
V3 = L / （T2-1 – T1-2）
V4 = L / （T2-1 – T1-2）
平均爆速 = （V1 + V2 + V3 + V4 +）/ 4；
其中，所述T1-1表示A1通道记录的燃烧到达第一个光检测点的时间；T1-2表示A2通道记录的燃烧到达第一个光检测点的时间；T2-1表示B1通道记录的燃烧到达第二个光检测点的时间；T2-2表示B2通道记录的燃烧到达第二个光检测点的时间；L表示第一个光检测点与第二个光检测点距离；V表示导索的爆速；所述A1、A2、B1、B2分别为分析计算设备的输入通道，所述A1、A2连接导索上的一个光电传感器；B1、B2连接导索上的另一个光电传感器。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例进一步提出一种用于光学时间差和爆速测量的可多次重复使用的夹具装置，如图7，包括底座1、导索2和两个夹具设备3，所述两个夹具设备3分别安装于底座1的水平方向两端，所述导索2通过两个夹具设备3进行夹紧，其中，所述夹具设备3包括支撑座、挡板5、水平定位销6、垂直定位销7和压紧装置，所述挡板5安装于底座1得垂直方向一端，水平定位销6的一端安装于挡板5上，另一端与压紧装置相对应，水平定位销6的另一端与压紧装置相配合，对导索2沿水平方向进行夹紧，所述垂直定位销7安装于底座1上。
进一步的，所述支撑座包括支撑底板4和支撑U型板8，支撑U型板8的闭口与支撑底板4的顶部固定连接，支撑底板4的底部与底座1固定连接，支撑U型板8的一外侧面与压紧装置固定连接。
进一步的，所述支撑U型板8上还设置有导光板9，所述导光板9上设置有导光槽10，导光槽10的进光口与导索2相对应。
进一步的，所述导光板9上设置有遮光板11，所述支撑U型板8上设置有卡槽，所述遮光板11通过卡槽固定于支撑U型板8上。
进一步的，所述压紧装置包括拉杆14、弹簧13、安装座12和压紧头15，安装座12两端设置有通孔，所述弹簧13安装于安装座12内部，并与通孔相对，拉杆14通过通孔插销于安装座12，并穿过弹簧13内部，压紧头15安装于拉杆14一端，并水平定位销6对应，拉杆14的另一端安装有拉杆14手柄。
进一步的，所述拉杆14手柄为L型。
进一步的，所述拉杆14上设置有弹片，所述弹片与弹簧13靠近水平定位销6的一端连接。
进一步的，所述安装座12安装于支撑U型板8的一外侧面。
具体的，本实施例的具体实施原理流程如下：
快速定位安装功能由水平、垂直定位销7以及压紧装置共同实现；压紧装置由带手柄的拉杆14、弹簧13、安装座12以及安装在拉杆14头部的压紧头15组成；安装时，先拉动压紧装置的拉杆14，使压紧头15和水平定位销6分离，然后将导索2紧贴着水平、垂直定位放置，接着松开拉杆14，依靠弹簧13推动拉杆14使得压紧头15压向水平定位销6，完成导线的定位安装。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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