[发明专利]一种高速撞击下光纤断裂响应时间的测量装置和方法

权利要求书

1.一种高速撞击下光纤断裂响应时间的测量装置，其特征在于包括光源(2)、光分路器(3)、多芯光纤(4)、第一多芯光纤-单芯光纤耦合单元(51)、第二多芯光纤-单芯光纤耦合单元(52)、多个光电探测器、信号采集单元(7)，所述光电探测器个数与多芯光纤(4)的纤芯数目对应；

光源(2)发出的光经过光分路器(3)分成多路，每一路光通过第一多芯光纤-单芯光纤耦合单元(51)输入至多芯光纤(4)的一个纤芯，多芯光纤(4)的每个纤芯内光信号通过第二多芯光纤-单芯光纤耦合单元(52)输出至对应的光电探测器转换成电信号；多芯光纤(4)位于被撞击体待测撞击部位，多芯光纤(4)纤芯受到高速撞击时发生断裂，其对应的光电探测器输出的信号的由“有效状态”变为“无效状态”，信号采集单元(7)监测光电探测器的输出的电信号状态变化时刻，根据多芯光纤各纤芯的发生断裂时刻，得到光纤断裂响应时间。

2.根据权利要求1所述的一种高速撞击下光纤断裂响应时间的测量装置，其特征在于所述光电探测器包括光电二极管(601)、跨阻放大电路(602)、钳位放大电路(603)；

光电二极管(601)将光信号转换成电流信号输入至跨阻放大电路(602)；跨阻放大电路(602)将电流信号转换成电压信号输出至钳位放大电路(603)，钳位放大电路(603)将其钳位放大并输出；所述跨阻放大电路(602)的线性工作区覆盖光信号功率变化引起的电流变化范围；所述钳位放大电路(603)饱和区电压高于通断测试时光信号断开对应的跨阻放大电路输出电压。

3.根据权利要求2所述的一种光信号通断测试用光电探测器，其特征在于：所述钳位放大电路(603)为输入钳位放大电路。

4.根据权利要求2所述的一种光信号通断测试用光电探测器，其特征在于：所述钳位放大电路(603)从饱和区进入线性区的恢复时间不大于10ns。

5.根据权利要求2所述的一种光信号通断测试用光电探测器，其特征在于：所述跨阻放大电路(602)包括电压反馈运算放大器(605)、电阻R8、电阻R10、电容C9；电压反馈运算放大器(605)反向输入端为跨阻放大电路的输入端，电压反馈运算放大器(605)正向输入端接地，电阻R8和电容C9并联连接在电压反馈运算放大器(605)的反向输入端和输出端之间，电压反馈运算放大器(605)的输出端连接电阻R10，电阻R10的另一端为跨阻放大电路的输出。

6.根据权利要求2所述的一种光信号通断测试用光电探测器，其特征在于：所述钳位放大电路(603)包括钳位运算放大器(611)、电阻R16、R17、R18，电阻R16的一端接地、另一端连接钳位运算放大器(611)的正向输入端和钳位放大电路的输入端，电阻R17跨接在钳位运算放大器(611)反向输入端和输出端之间，电阻R18跨接在钳位运算放大器(611)反向输入端和地之间，钳位运算放大器(611)的输出即为钳位放大电路的输出。

7.根据权利要求1所述的一种高速撞击下光纤断裂响应时间的测量装置，其特征在于所述信号采集单元(7)同步采集各光电探测器的输出的电信号。

8.根据权利要求1所述的一种高速撞击下光纤断裂响应时间的测量装置，其特征在于所述信号采集单元(7)的采样频率大于100MHz。

9.一种高速撞击下光纤断裂响应时间的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、将多芯光纤(4)铺设在被撞击体表面待测撞击部位；

步骤二、依次连接光分路器(3)、第一多芯光纤-单芯光纤耦合单元(51)、多芯光纤(4)、第二多芯光纤-单芯光纤耦合单元(52)、多个光电探测器和信号采集单元(7)；

步骤三、开启光源(2)，使光源(2)发出的光经过光分路器(3)分成多路，每一路光顺序通过第一多芯光纤-单芯光纤耦合单元(51)、多芯光纤(4)的纤芯和第二多芯光纤-单芯光纤耦合单元(52)输出至对应的光电探测器；

步骤四、撞击体高速撞击被撞击体，使多芯光纤(4)纤芯受到高速撞击发生断裂；

步骤五、实时监测光电探测器输出的信号状态变化时刻，根据多芯光纤各纤芯的发生断裂时刻，得到光纤断裂响应时间。