基于Bragg光栅电磁轨道炮应变测试技术研究

摘要

电磁轨道炮发射时所加的脉冲大电流产生了强大的电磁场，电磁轨道炮的轨道由于受到电磁力的作用会产生变形，固定轨道的绝缘体和外围压紧装置（炮管）由于受到其挤压也发生形变，为了检测强电磁场环境下的轨道应变量，设计了一种基于光纤布拉格(Bragg)光栅传感器的应变检测系统，由于光纤不易受电磁场干扰，从而可以准确的测量出电磁轨道炮在发射过程中的应变瞬态变化量。
　　光纤Bragg光栅电磁轨道炮应变测量系统由ASE宽带光源、光隔离器、1×8耦合器、光纤Bragg光栅、非平衡马赫增德(M-Z)干涉仪、光纤耦合光电接收管（PIN管）、光电转换电路、宽带多级放大电路、数据采集装置、数据处理软件等组成。在对系统组成中的各个关键部件的选取进行了叙述和分析的基础上，提出了基于光纤Bragg光栅的非平衡M-Z干涉仪，给出了光纤Bragg光栅波长转换方法和宽带应变电路的设计过程。应变信号通过PXI多通道同步采集装置转换成数字量，应用LabVIEW软件平台编程实现了应变信号的采集和处理。由压电陶瓷已知的线性形变给出了应变信号的标定方法和标定过程，通过悬臂梁试验验证了标定参数的正确性，同时对系统误差与精度进行了分析。
　　完成的装置在电磁轨道炮上进行了实际的发射试验测试，通过对测量的数据的分析处理得到的结果表明，系统具有很好的稳定性、重复性、可靠性以及实用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 章节安排

2 应变测试系统的组成

2．1 应变测式系统的总体方案

2．2 光纤光栅传感器

2．2．1 光纤传感器的传输特性

2．2．2 光纤光栅应变传感原理

2．3 光纤传输回路的组成

2．3．1 光源

2．3．2 光隔离器

2．3．3 光纤适配器

2．3．4 光栅Bragg光栅波长解调法

2．4 光纤电信号处理电路的组成

2．4．1 带尾纤的光电探测器

2．4．2 光电探测器工作方式

2．5 采集系统的组成

2．6 应变测试系统的实现

2．7 本章小结

3 应变测试系统硬件

3．1 应变测试系统光路

3．1．1 ASE宽带光源的选取

3．1．2 光隔离器的选取

3．1．3 光纤光栅的选取

3．1．4 其他光学配件的选取

3．2 应变测试系统电路

3．2．1 驱动电源

3．2．2 光电转换电路

3．2．3 多级放大电路

3．3 采集及处理系统

3．4 本章小结

4 应变测试系统软件

4．1 软件系统结构

4．2 数据采集软件

4．3 数据处理软件

4．3．1 数据处理软件的设计

4．3．2 数据处理的算法

4．4 本章小结

5 应变测试系统实验研究

5．1 系统标定实验

5．1．1 标定方案

5．1．2 标定器材

5．1．3 标定数据

5．2 悬臂梁验证实验

5．3 电磁轨道炮发射性试验验证

5．3．1 实测试验

5．3．2 测试数据分析

5．4 系统误差与精度分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文