【摘 要】
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激光干涉测速技术可对火工品微尺寸飞片速度进行非接触式动态测量,广泛应用于冲击波物理、爆轰物理、爆炸力学、高能物理和核物理等领域的科学研究。全光纤激光多普勒测速系统测量精度高,但因小飞片尺寸小、运动速度快、携带光信号微弱等特点,微尺寸飞片爆炸的速度测试及解调技术难度大,急需完善极微弱信号的测试及解调技术。本论文聚焦于微尺寸高速目标动态测速以及信号解调,从全光纤光路搭建、光子多普勒系统仿真、测速实验以
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激光干涉测速技术可对火工品微尺寸飞片速度进行非接触式动态测量,广泛应用于冲击波物理、爆轰物理、爆炸力学、高能物理和核物理等领域的科学研究。全光纤激光多普勒测速系统测量精度高,但因小飞片尺寸小、运动速度快、携带光信号微弱等特点,微尺寸飞片爆炸的速度测试及解调技术难度大,急需完善极微弱信号的测试及解调技术。本论文聚焦于微尺寸高速目标动态测速以及信号解调,从全光纤光路搭建、光子多普勒系统仿真、测速实验以及多普勒信号解调等四个方面开展了研究。本文首先介绍多普勒测速的研究背景、意义以及国内外发展现状,然后阐述光子多普勒测速的基本原理,搭建了 PDV测试系统。针对多普勒速度信号进行了仿真和信号解调的全过程,分析比较了条纹法、快速傅里叶变换以及短时傅里叶变换的优缺点。在此基础上采用短时傅里叶变换的方法将多普勒信号从时域转换到频域,得到时频曲线,根据时频曲线计算得出目标物体的速度。在MATLAB平台上设计了数据处理程序,通过对实验数据的多普勒信号分析,解算出速度曲线。最后利用MATLAB GUI对功能程序进行了封装。基于爆轰测速装置平台,以电爆炸和炸药爆炸两种方式驱动并获得小飞片的速度曲线,得到了相应的结果。在电爆炸驱动的过程中,当驱动电压为1500V时,飞片的速度峰值可以达到5000m/s左右;当驱动电压上升到2000V时,飞片的峰值速度达到了 5379m/s。在炸药爆炸驱动飞片的过程中,飞片的速度保持在2000m/s左右,并且飞片发生了破裂或者破碎的现象。将本次实验结果与快速傅里叶变换数据处理的结果进行对比,速度误差在2%以内。当接收到信号微弱、噪声较强时,通过短时傅里叶变换后的时频曲线图,经过灰度转化、二值化以及去噪骨化后得到去毛刺图像。根据骨化后的时频图提取出功率谱密度所对应频率信号的点,代入多普勒速度公式中,计算得到速度峰值,拟合出速度曲线。实验验证了全光纤系统的可靠性,结果表明,本文设计的系统可行,解决了信号解调过程复杂的问题。为进一步简化速度解调算法提供了借鉴,为后续工程应用奠定了基础。
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