集成化多点激光测速探头调节系统及方法

技术领域

本发明涉及激光探头测试技术领域，具体涉及集成化多点激光测速探头调节系统及方法。

背景技术

PDV测速主机使用的激光为1550nm激光，实际使用时，PDV探头出光需要对准样品表面，与待测样品表面成90°角，光照到样品之后原路返回是最好情况，探头调节基本要求就是判断回光大小，但是由于试验参数测试的要求，样品固定基座需要和测速PDV探头的安装基座分离，因此空间坐标不在一个基准平面，空间自由度范围太大，PDV探头的调节就很费时间，采用激光照射样品观察返回光的大小，但是结构分离，1550nm激光直接调节时是无法观察的(红外光，人眼不可见)，现有的调节方式如图1所示采用635nm红光激光作为指示光，然后人眼观察红光激光从PDV探头照射样品表面的回光打在探头端面表面的情况(端面直径0.8mm、1.8mm、3.2mm等三类)，判断探头是不是调节到位，然后断开红光激光，连接1550nm激光，测量回光功率大小并做判断，如果测量功率不够，需要再手动接上红光激光在微调探头支架，来回不停的尝试，直到调节满足要求，该过程由于在场外做实验，风沙、灰尘较大，需要来回检查光纤对接头端面洁净度，过程耗时3-4个小时，但这个过程就会存在来回切换、多次检查的问题；另外，对于室外环境，太阳光较强时，因为红光激光功率限制(人眼安全考虑加的限制)，人眼判断就不是很准确，导致调节更加难，目前我们试验使用数量每次都很多个，最多的达200个，耗时至少半天来调节；另外对于试验前的点线检查，每个PDV探头的点需要去人工记录调节的最优的回光功率值，如果一旦调节完成后再有改动，需要全部重新一个一个的去检查，检查效率低下、操作不方便、并严重影响试验进度。

因此，以上现有方法应用于弹药爆炸壳体速度测量中。由于PDV测速支架和战斗部分离导致基准定位不一致的相对精度差、测试距离短、安装繁琐、效率低等问题；同时现有技术采用635nm红外激光作为试验PDV探头调节的指示光，安装时太阳强光干扰人眼判断定位误差大的问题；现有不具备集成化和信息化的调节方式，严重影响试验改动检查的问题。

发明内容

本发明目的在于提供集成化多点激光测速探头调节系统及方法，采用基于532nm绿光激光与1550nm红外光纤激光共光路分时复用的方法，同时将光路均分为多路PDV探头输出，并在每一PDV探头光路中增加PDV探头回光功率监测单元(即光电探测器)，搭建多路PDV测速探头调节测试系统，解决现试验中光路调节指示光与1550nm红外光纤激光分离，现场安装来回切换光源接线导致实验安装效率低下，PDV回光功率判断不及时，定位精度低；且现有不具备集成化和信息化的调节方式，严重影响试验改动检查的等问题。另外，采用532nm绿光激光户外人眼敏感度高的特点，将其应用于弹药壳体分离式测速装置的PDV测速探头调节指示光，解决现采用635nm红光激光作为试验PDV探头安装调节指示光时太阳强光干扰人眼判断定位误误差大的问题。本发明在调节上时间缩短至半小时以内，大大提高了效率和精度，具备集成化和信息化的调节方式。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了集成化多点激光测速探头调节系统，该系统包括集成化多点激光测速探头调节电路和多路PDV探头；

集成化多点激光测速探头调节电路，用于控制产生绿光激光与红外光纤激光，基于绿光激光与红外光纤激光共光路分时复用，同时将光路均分为多路出光光束；及接收各PDV探头的待测样品端面测点返回光，并实时监测测点返回光的功率大小及判断PDV探头定位准确度；其中，每路出光光束与对应的待测样品端面测点返回光尽量在一条光轴上；

PDV探头，用于相应输出均分后的每路出光光束，将出光光束照射于待测样品表面上并返回至集成化多点激光测速探头调节电路；其中，PDV探头为光子多普勒速度测量系统的激光测速探头。

进一步地，集成化多点激光测速探头调节电路包括红外激光器、第一光纤分光器、光纤环形器、绿光激光器、第二光纤分光器、WDM光纤波分复用器、光电探测器和系统控制器；

红外激光器连接第一光纤分光器，第一光纤分光器连接若干光纤环形器的输入端，各光纤环形器的输出端连接一一对应的WDM光纤波分复用器的第一输入端；各光纤环形器的返回端连接一一对应的光电探测器，各光电探测器均连接系统控制器，系统控制器连接红外激光器，系统控制器还连接绿光激光器；

绿光激光器连接第二光纤分光器，第二光纤分光器连接一一对应的WDM光纤波分复用器的第二输入端；各WDM光纤波分复用器的输出端连接一一对应的PDV探头；

系统控制器控制红外激光器和/或绿光激光器对应产生红外光纤激光、绿光激光，通过第一光纤分光器将红外光纤激光进行功率均分为若干路光束，并将若干路光束一一接入对应光纤环形器的输入端，并通过各光纤环形器的输出端分别接入对应的WDM光纤波分复用器的第一输入端；通过第二光纤分光器将绿光激光均分为若干路光束，并将若干路光束一一接入对应WDM光纤波分复用器的第二输入端；通过WDM光纤波分复用器将输入的两路光束进行合束并输出至PDV探头，并通过PDV探头将合束后的光束打在待测样品端面的测试点；

通过WDM光纤波分复用器接收各PDV探头的待测样品端面测点返回光(这时包括红外光纤激光和绿光激光)，通过光纤环形器滤掉测点返回光中的绿光激光，并将红外光纤激光传输至对应的光电探测器实时监测PDV探头回光功率大小和实时判断手动定位调节状态。

进一步地，集成化多点激光测速探头调节电路还包括触摸显示屏和供电电池，触摸显示屏连接系统控制器，供电电池与红外激光器、绿光激光器和系统控制器均连接；

触摸显示屏，用于实时显示各路回光功率值，同时作为绿光激光(532nm绿光激光)与红外光纤激光(1550红外光纤激光)输出的控制交互界面；

供电电池，用于为红外激光器、绿光激光器和系统控制器供电。

进一步地，红外激光器采用DFB窄线宽1550nm光纤激光器；绿光激光器采用532nm绿光激光器。

进一步地，第一光纤分光器、第二光纤分光器均为1×8光纤分光器或1×16光纤分光器或1×32光纤分光器。

进一步地，WDM光纤波分复用器为2×1光纤合束器。

进一步地，绿光激光作为指示光，通过人眼观测，即可手动将PDV探头进行定位调节；

红外光纤激光作为PDV探头定位检测光源，且红外光纤激光与PDV激光干涉测速主机参数一致。

进一步地，该系统应用于弹药爆炸壳体速度测量中，进行测试支架与弹药分离的PDV探头测试实验。

第二方面，本发明又提供了集成化多点激光测速探头调节方法，该方法应用于上述的集成化多点激光测速探头调节系统，该方法包括：

通过系统控制器控制红外激光器和/或绿光激光器对应产生红外光纤激光、绿光激光；

通过第一光纤分光器将红外光纤激光均分为若干路光束，并将若干路光束一一接入对应光纤环形器的输入端，并通过各光纤环形器的输出端分别接入对应的WDM光纤波分复用器的第一输入端；

通过第二光纤分光器将绿光激光均分为若干路光束，并将若干路光束一一接入对应WDM光纤波分复用器的第二输入端；

通过WDM光纤波分复用器将输入的两路光束进行合束并输出至PDV探头，并通过PDV探头将合束后的光束打在待测样品端面的测试点；

通过WDM光纤波分复用器接收各PDV探头的待测样品端面测点返回光(这时包括红外光纤激光和绿光激光)，通过光纤环形器滤掉测点返回光中的绿光激光，并将红外光纤激光传输至对应的光电探测器实时监测PDV探头回光功率大小和实时判断手动定位调节状态。

进一步地，该方法还包括：通过触摸显示屏实时显示各路回光功率值。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明集成化多点激光测速探头调节系统及方法，本发明采用基于532nm绿光激光与1550nm红外光纤激光共光路分时复用的方法，同时将光路均分为多路PDV探头输出，并在每一PDV探头光路中增加PDV探头回光功率监测单元(即光电探测器)，搭建多路PDV测速探头调节测试系统，解决现试验中光路调节指示光与1550nm红外光纤激光分离，现场安装来回切换光源接线导致实验安装效率低下，PDV回光功率判断不及时，定位精度低等问题。

2、本发明集成化多点激光测速探头调节系统及方法，本发明采用532nm绿光激光户外人眼敏感度高的特点，将其应用于弹药壳体分离式测速装置的PDV测速探头调节指示光，解决现采用635nm红光激光作为试验PDV探头安装调节指示光时太阳强光干扰人眼判断定位误误差大的问题。

3、本发明集成化多点激光测速探头调节系统及方法，本发明调节系统试验中只需将实验需要使用的PDV探头按组分别接入，进行设置出光，人工调节PDV探头支架，实时保存回光检测值，调节简单，且成本低，精度高、适应强，显著提高实验效率，降低试验成本。本发明在调节上时间缩短至半小时以内，大大提高了效率和精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有PDV探头的调节方式示意图；

图2为本发明集成化多点激光测速探头调节系统结构示意图；

图3为本发明集成化多点激光测速探头调节系统的详细结构示意图。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

如图1所示，应用于弹药爆炸壳体速度测量中的现有调节方法，由于PDV测速支架和战斗部分离导致基准定位不一致的相对精度差、测试距离短、安装繁琐、效率低等问题；同时现有技术采用1550nm红外光纤激光或635nm红外光纤激光作为试验PDV探头，安装时太阳强光干扰人眼判断定位误差大的问题。其中，图1中的待测样品表面较复杂，图中仅是示意而已。另外，测试试验场地为沙地，基准精度很低。

本发明设计了集成化多点激光测速探头调节系统及方法，本发明采用532nm绿光激光户外人眼敏感度高的特点，将其应用于弹药壳体分离式测速装置的PDV测速探头调节指示光，解决现采用635nm红光激光作为试验PDV探头安装调节指示光时太阳强光干扰人眼判断定位误误差大的问题。本发明在调节上时间缩短至半小时以内，大大提高了效率和精度。本发明采用基于532nm绿光激光与1550nm红外光纤激光共光路分时复用的方法，同时将光路均分为多路PDV探头输出，并在每一PDV探头光路中增加PDV探头回光功率监测单元(即光电探测器)，搭建多路PDV测速探头调节测试系统，解决现试验中光路调节指示光与1550nm红外光纤激光分离，现场安装来回切换光源接线导致实验安装效率低下，PDV回光功率判断不及时，定位精度低等问题，且现有不具备集成化和信息化的调节方式，严重影响试验改动检查的问题。本发明增加多路PDV探头的回光功率实时监测并显示每一路回光功率大小，可实时判断PDV探头定位准确度，解决现采用激光回损仪测量只能进行单路回光损坏值校验PDV探头定位准确度问题，同时对于多点PDV安装时，解决了多次设备来回切换问题导致的现场安装效率低下，安装质量难控制、静态测试数据无法保存，点线检测工作量大等问题。本发明采用多路同时出光及回光功率监测，现场安装中，可多人同时操作使用，互不干扰，调节效率显著提高；该系统采用与PDV主机参数一致的1550nm光源，PDV探头定位准确后可直接接入试验系统使用，调节简单，且成本低，精度高、适应强，显著提高实验效率，降低试验成本，具备集成化和信息化的调节方式。

实施例1

如图2所示，本发明集成化多点激光测速探头调节系统，该系统包括集成化多点激光测速探头调节电路和多路PDV探头；

集成化多点激光测速探头调节电路，用于控制产生绿光激光与红外光纤激光，基于绿光激光与红外光纤激光共光路分时复用，同时将光路均分为多路出光光束；及接收各PDV探头的待测样品端面测点返回光，并实时监测测点返回光的功率大小及判断PDV探头定位准确度；其中，每路出光光束与对应的待测样品端面测点返回光尽量在一条光轴上；

PDV探头，用于相应输出均分后的每路出光光束，将出光光束照射于待测样品表面上并返回至集成化多点激光测速探头调节电路；其中，PDV探头为光子多普勒速度测量系统的激光测速探头。

本实施例中，如图3所示，集成化多点激光测速探头调节电路包括红外激光器、第一光纤分光器、光纤环形器、绿光激光器、第二光纤分光器、WDM光纤波分复用器、光电探测器和系统控制器；

红外激光器连接第一光纤分光器，第一光纤分光器连接若干光纤环形器的输入端，各光纤环形器的输出端连接一一对应的WDM光纤波分复用器的第一输入端；各光纤环形器的返回端连接一一对应的光电探测器，各光电探测器均连接系统控制器，系统控制器连接红外激光器，系统控制器还连接绿光激光器；

绿光激光器连接第二光纤分光器，第二光纤分光器连接一一对应的WDM光纤波分复用器的第二输入端；各WDM光纤波分复用器的输出端连接一一对应的PDV探头。

本实施例中，集成化多点激光测速探头调节电路还包括触摸显示屏和供电电池，触摸显示屏连接系统控制器，供电电池与红外激光器、绿光激光器和系统控制器均连接；

触摸显示屏，用于实时显示各路回光功率值，同时作为绿光激光(532nm绿光激光)与红外光纤激光(1550红外光纤激光)输出的控制交互界面；

供电电池，用于为红外激光器、绿光激光器和系统控制器供电。

如图3所示，不仅能够实现人眼判断，即粗调；同时还能够实现光电探测器判断，即精细调节。两种方式可同步使用，且一次可同时调节8路、甚至在扩充16路、32路等均可。

本发明实施时，绿光激光器采用532nm绿光激光器，绿光激光作为指示光，通过人眼观测，即可手动将PDV探头进行定位调节；红外激光器采用DFB窄线宽1550nm光纤激光器，红外光纤激光作为PDV探头定位检测光源，且红外光纤激光与PDV光子多普勒速度测量系统主机参数一致；第一光纤分光器、第二光纤分光器均为1×8光纤分光器，对应8路光纤环形器(光纤环形器1至光纤环形器8)、8路WDM光纤波分复用器(WDM光纤波分复用器1至WDM光纤波分复用器8)和8路光电探测器(光电探测器1至光电探测器8)；WDM光纤波分复用器为2×1光纤合束器，如图3所示。

工作过程为：首先，系统控制器控制红外激光器和/或绿光激光器对应产生红外光纤激光、绿光激光，通过第一光纤分光器将红外光纤激光进行功率均分为8路光束，并将8路光束一一接入对应光纤环形器的输入端，并通过8路光纤环形器的输出端分别接入8个WDM光纤波分复用器的第一输入端；通过第二光纤分光器将绿光激光均分为8路光束，并将8路光束一一接入对应WDM光纤波分复用器的第二输入端；通过WDM光纤波分复用器将输入的两路光束进行合束并输出至PDV探头，并通过PDV探头将合束后的光束打在待测样品端面的测试点；其次，通过WDM光纤波分复用器接收各PDV探头的待测样品端面测点返回光(这时包括红外光纤激光和绿光激光)，通过光纤环形器滤掉测点返回光中的绿光激光，并将红外光纤激光传输至对应的光电探测器实时监测PDV探头回光功率大小和实时判断手动定位调节状态。

具体地，将1550nm红外光纤激光通过1×8的第一光纤分光器进行功率均分为8路光束，8路光束分别接入光纤环形器输入端，8个光纤环形器的返回端分别接入8个光电探测器；8个光纤环形器的输出端分别接入8个2×1WDM光纤波分复用器的输入端；将532nm绿光激光通过1×8的第二光纤分光器进行功率均分为8路光束，将该8路绿光与前述的8个光纤环形器的输出光分别进行合束，最终输出端接PDV探头。该光路将532nm绿光激光与1550nm红外光纤激光组成共光路分时复用，532nm的绿光激光器、1550nm的红外激光器、光电探测器、触摸显示屏分别与系统集成控制器连接，触摸显示屏实时显示8路回光功率值，同时作为532nm绿光激光、1550红外光纤激光输出的控制交互界面。采用532nm绿光激光作为指示光，通过人眼观测，即可手动将PDV探头进行定位调节；采用与PDV主机参数一致的1550nm红外光纤激光作为PDV探头定位检测光源，光电探测器实时监测PDV探头回光功率，通过系统主控电路转换，在触摸显示屏上实时显示回光功率，可实时判断手动定位调节状态；系统采用8点PDV探头同步监测及调节，提高了现有PDV探头在现场安装中，将回损仪与635nm光源，来回切换导致实验安装效率低下，PDV回光功率判断不及时定位精度等问题，实验效率低问题，同时系统可将调节完成的回光数据进行记录，实验前静态数据保存，可追溯；由于人眼对532nm光更敏感，采用较低功率的532nm绿光激光形成的激光光源作为调节的指示光，可有效避免在户外安装中太阳光强导致的635nm亮度人眼无法准确定位问题；系统可同时进行8路PDV探头的可见光指示输出及1550nm红外光纤激光回光的质量检测，调节效率提高70％以上，安装环节简单；该系统采用与PDV主机一直的光源系统，PDV探头定位可直接用于实验，静态调节参数可用于实验前的点线检查表的数据记录，即具备集成化和信息化的调节方式。

该调节系统试验中只需将实验需要使用的PDV探头按组分别接入，进行设置出光，人工调节PDV探头支架，实时保存回光检测值，调节简单，且成本低，精度高、适应强，显著提高实验效率，降低试验成本。

本发明系统应用于弹药爆炸壳体速度测量中，进行测试支架与弹药分离的PDV探头测试实验。该系统可有效解现有弹药爆炸壳体速度测量中由于PDV测速支架和战斗部分离导致基准定位不一致的相对精度差、测试距离短、安装繁琐、效率低等问题，提升爆炸数据测试能力竞争力。

实施例2

如图2至图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了集成化多点激光测速探头调节方法，该方法应用于上述的集成化多点激光测速探头调节系统，该方法包括：

通过系统控制器控制红外激光器和/或绿光激光器对应产生红外光纤激光、绿光激光；

通过第一光纤分光器将红外光纤激光均分为若干路光束，并将若干路光束一一接入对应光纤环形器的输入端，并通过各光纤环形器的输出端分别接入对应的WDM光纤波分复用器的第一输入端；

通过第二光纤分光器将绿光激光均分为若干路光束，并将若干路光束一一接入对应WDM光纤波分复用器的第二输入端；

通过WDM光纤波分复用器将输入的两路光束进行合束并输出至PDV探头，并通过PDV探头将合束后的光束打在待测样品端面的测试点；

通过WDM光纤波分复用器接收各PDV探头的待测样品端面测点返回光(这时包括红外光纤激光和绿光激光)，通过光纤环形器滤掉测点返回光中的绿光激光，并将红外光纤激光传输至对应的光电探测器实时监测PDV探头回光功率大小和实时判断手动定位调节状态。

作为进一步地实施，该方法还包括：通过触摸显示屏实时显示各路回光功率值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。