目标气泡尾迹激光多普勒频移测量台架

技术领域

本发明涉及一种测试台架，具体涉及一种针对水中目标气泡尾流多普勒频移特征的测量台架，属于尾流特征测试技术领域。

背景技术

水面或水中目标在航行过程中，由于推进器的运动引起空化或吃水线处波浪破碎及空气的卷入，而在目标尾部的水域中形成的一条含有大量气泡和涡流的特殊区域，称为气泡尾流。大型水中目标气泡尾流将在海水中留存较长时间，可以达到数十分钟。通过对气泡尾流的探测，可以实现对目标的间接探测。

在水池缩比模型、湖上大比例模型及实际目标气泡尾流特征测试试验中，水中目标气泡尾流特征测试台架测试获得的特征试验数据，可用于掌握水中目标气泡尾流特征强度情况，更重要的是水中目标气泡尾流特征预报方法、特征控制方法试验验证的重要支撑。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种目标气泡尾迹激光多普勒频移测量台架，能够测试水中目标气泡尾流光学散射多普勒频移特征的时空变化数据，适用于水池缩比模型、湖上大比例模型及实际目标气泡尾流光学散射特征测试。

目标气泡尾迹激光多普勒频移测量台架，包括：位于水中测试区域内的多普勒频移特征测试模块和水下摄像单元以及安装在试验水池岸上或试验测试船上的激光器、台架供电模块和数据存储及显示单元；

所述激光器通过水密光缆与所述多普勒频移特征测试模块相连，用于为所述多普勒频移特征测试模块提供入射激光；

所述台架供电模块分别通过水密电缆与所述多普勒频移特征测试模块和所述水下摄像单元相连；

所述数据存储及显示单元分别通过水密信缆与所述多普勒频移特征测试模块和所述水下摄像单元相连；

所述多普勒频移特征测试模块用于获取测试区域内气泡尾流的多普勒频移测试数据，所述多普勒频移测试数据包括多普勒频移宽度、多普勒频移峰值；包括：密封在壳体内部的激光差动发射模块、散射光传感模块和采集及多普勒分析模块；

所述壳体朝向测试区域的一侧采用透明材质，用于使激光透过；

所述激光差动发射模块通过水密光缆与激光器相连，接收激光器提供的入射激光；

所述激光差动发射模块对光束进行分光得到两个激光束，并将两个激光束按设定夹角发射到测试区域；

所述采集及多普勒分析模块与所述散射光传感模块电连接。

作为本发明的一种优选方式，所述多普勒频移特征测试模块和水下摄像单元分别通过支架与设置在试验水池岸上或试验测试船上的台架横梁相连。

作为本发明的一种优选方式：所述支架包括台架横梁和可升降支架；

所述台架横梁安装在试验水池岸上或试验测试船上；

所述多普勒频移特征测试模块和所述水下摄像单元分别通过可升降支架与所述台架横梁相连。

作为本发明的一种优选方式：所述台架横梁与设置在试验水池岸上或试验测试船上的横向滑轨滑动配合。

作为本发明的一种优选方式：与所述多普勒频移特征测试模块和所述水下摄像单元相连的可升降支架均与所述台架横梁滑动配合。

作为本发明的一种优选方式：令一个多普勒频移测试模块和一个水下摄像单元为一个测试单元；在所述测试区域内布置两个以上所述测试单元。

有益效果：

(1)本发明结合水中目标气泡尾流特征测试需求，基于气泡尾流的光学散射多普勒频移检测原理，通过一套完整的设备和器件，可以完成水中目标产生的气泡尾流光学散射多普勒频移特征的检测。该测试台架可用于水池缩比模型、湖上大比例模型及实际目标气泡尾流光学散射多普勒频移特征测试，能够测试水中目标气泡尾流光学散射多普勒频移特征的时空变化数据，支撑水中目标气泡尾流特征的理论与试验研究。

(2)该测量台架可以根据实际测试环境需求，适应性调整台架横梁的长度、光学散射空间多普勒频移测试系统和水下高清摄像仪的间距、可升降支架的长度。

(3)本发明的测量台架可以根据数据采集需求，适应性地增加光学散射多普勒频移测试系统、激光器等的数量，完成不同位置的气泡尾流的光学散射多普勒频移检测。

(4)该测量台架原理简单，易于实现、安装和使用方便、环境适应性强。

附图说明

图1为本发明的气泡尾流光学散射多普勒频移特征测量台架的原理示意图；

图2为多普勒频移测试模块的组成示意图。

其中：1-多普勒频移测试模块、2-水下摄像单元、3-激光器、4-可升降支架、5-台架横梁、6-台架供电模块、7-数据存储及显示单元、8-水密光缆、9-水密电缆、10-水密信缆、11-激光差动发射模块、12-散射光传感模块、13-采集及多普勒分析模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种气泡尾流光学散射多普勒频移特征的测量台架，该测量台架安装于试验水池或试验测试船，能够测试水中目标气泡尾流光学散射多普勒频移特征的时间、空间变化数据。

如图1所示，该测量台架包括：多普勒频移特征测试模块1、水下摄像单元2、激光器3、可升降支架4、台架横梁5、台架供电模块6以及数据存储及显示单元7；其中水下摄像单元2采用水下高清摄像仪。

激光器3、台架横梁5、台架供电模块6以及数据存储及显示单元7均安装于试验水池或试验测试船上；多普勒频移特征测试模块1和水下摄像单元2分别通过可升降支架4安装在台架横梁5的下端，使多普勒频移特征测试模块1和水下摄像单元2位于水面以下，通过可升降支架4带动多普勒频移特征测试模块1和水下摄像单元2的伸缩，能够调节多普勒频移特征测试模块1和水下摄像单元2在水中的深度，以适应实际测试环境需求或进行不同深度位置处的测量。

激光器3通过水密光缆8为位于水下的多普勒频移特征测试模块1提供入射激光；台架供电模块6通过水密电缆9分别为多普勒频移特征测试模块1和水下摄像单元2供电。数据存储及显示单元7接收多普勒频移特征测试模块1和水下摄像单元2通过水密信缆10传输来的数据，将其存储并根据需求进行显示。

可升降支架4的长度应根据实际测试环境选型，以满足多普勒频移特征测试模块1和水下摄像单元2需要达到的水下深度。

本例中，激光器3为波长532纳米的绿光固体激光器，光束质量优，光功率稳定性好。

如图2所示，多普勒频移特征测试模块1包括：密封在壳体内部的激光差动发射模块11、散射光传感模块12和采集及多普勒分析模块13；其中壳体一侧端面采用透明材质，以保证激光能够透过；使用时，多普勒频移特征测试模块1透光侧朝向待测试的尾流气泡区域；水下摄像单元2的镜头也朝向待测试的尾流气泡区域。

激光差动发射模块11通过水密光缆8与激光器3相连，接收激光器3提供的入射激光，激光差动发射模块11对光束进行分光得到两个激光束，并将两个激光束按设定夹角发射到测试区域，两个激光束经测试区域内的气泡尾流散射后进入散射光传感模块12完成散射光的光电传感，得到带有多普勒频移信息的电信号；采集及多普勒分析模块13采集散射光传感模块12得到的带有多普勒频移信息的电信号，并进行多普勒频移分析，得到多普勒频移宽度、空多普勒频移峰值等，分析得到的结果最后经水密信缆10传输至数据存储及显示计算机7。

具体的：

在进行水中目标气泡尾流光学散射特征测试时，首先将台架横梁5通过工装固定在试验水池或测试船的合适位置；然后将两个可升降支架4安装于台架横梁5。然后依据测试需求将多普勒频移测试模块1安装在其中一个可升降支架4上，水下摄像单元2安装在另一个可升降支架4上，通过调节两个可升降支架4的长度，将多普勒频移测试模块1和水下摄像单元2固定在水中设定深度位置。然后连接激光器3与多普勒频移测试模块1之间的水密光缆8，连接台架供电模块6与多普勒频移测试模块1以及水下摄像单元2之间的水密电缆9，连接多普勒频移测试模块1以及水下摄像单元2与数据存储及显示单元7之间的水密信缆10。

完成调试后，开启台架供电模块6，经由水密电缆9为多普勒频移测试模块1和水下摄像单元2供电。开启水下摄像单元2开始摄像，并将视频数据实时传输至数据存储及显示单元7。当水中运动目标航行经过测试区域后，会在测试区域产生气泡尾流；开启激光器3，其产生的激光束经由水密光缆8传输至多普勒频移测试模块1，由多普勒频移测试模块1处理得到多普勒频移宽度、多普勒频移峰值等测试数据；水下摄像单元2则记录尾流气泡的在水中的运动过程以及多普勒频移测试过程。多普勒频移测试模块1处理得到的多普勒频移测试数据和水下摄像单元2采集的视频数据，最终经由水密信缆10传输至数据存储及显示单元，将其存储并根据需求显示。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，进一步的，横梁5与设置在试验测试船上的横向滑轨滑动配合，由此能够带动光学散射空间多普勒频移测试模块1以及水下摄像单元2在水下横向移动，进行不同测试区域的测试。

实施例3：

在上述实施例1的基础上，与多普勒频移测试模块1和水下摄像单元2相连的可升降支架4与台架横梁5滑动配合；由此能够调节多普勒频移测试模块1和水下摄像单元2之间的间距。

实施例4：

在上述实施例1-实施例3的基础上，以一个多普勒频移测试模块1和一个水下摄像单元2为一个测试单元，可以根据数据采集需求，在测试区域设置多个测试单元，以同时完成不同位置的气泡尾流的光学散射多普勒频移检测。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。