現在今社會中，具備高機械強度與低質量密度的複合材料(Composite Material)已廣泛應用於各種先進科技結構建立，如高速列車及飛行器等，其應用常在高速移動狀態下遭遇障礙物碰撞而造成結構破壞。而本團隊基於複合材料在高速碰撞之破壞行為研究之需求下，開發高速噴射碎片產生器(Fragment Generator)及基於光學都卜勒干涉儀架構(Photonic Doppler Velocimetry, PDV)之超高速速度量測儀，並搭配連續小波轉換演算法(Continuous Wavelet Transform, CWT)及自行開發的速度歷程曲線追跡演算法(Velocity Line Tracing Algorithm, VLTA)，可量測複合材料在破壞過程產生之碎片飛行速度，並輔助複合材料之破壞行為觀測及評估。
本研究之速度干涉光路如圖一所示，主要以1550nm波段窄線寬雷射對於帶有速度資訊的噴射碎片進行偵測，透過探頭與光纖之特殊切角設計產生參考光，並以準直探頭、光圈及碎片產生器之隧道層結構設計，限縮光束偵測範圍及碎片噴射路徑，有效提升干涉訊號訊雜比及速度分量誤差，且噴射碎片產生器可透過不同高電壓施以電橋所產生之電弧爆炸行為，提供在安全的操作情況下達成模擬不同速度範圍之撞擊測試，並探討其對應的材料破壞行為。所開發的超高速度量測儀，在使用商用波段的光纖元件為主要系統硬體組成時，可在相對低成本的前提下，同時達到簡潔的架構、以及達每秒千公尺等級的速度量測需求。搭配連續小波轉換演算法及自行開發的速度歷程曲線追跡演算法，已成功驗證並且量測數種動能驅動之複合材料飛行碎片之速度歷程，如圖二所示，噴射碎片加速至千公尺所需時間隨銅電橋高電壓之增強而縮短，而隨高電壓之增強所提供之動能亦可於隧道末端速度觀測到顯著之加速效果。本研究開發之噴射碎片產生器具備可更改口徑及可替換不同複合材料之多層結構，因此整體系統可提供各種複合材料在不同撞擊動能的破壞行為測試。（李世光教授提供）
圖一、光學都卜勒速度干涉儀架構及碎片產生器剖面結構
圖二、碎片噴射速度量測結果 (a)速度歷程 (b)加速時間 (c)隧道末端速度