一種衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統的製作方法

2023-09-18 22:56:50

專利名稱：一種衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於輻射法測溫裝置技術領域，具體涉及一種衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，尤其是具備衝擊加載條件下金屬樣品的光譜發射率和真實溫度的實時測量。
背景技術：
在衝擊波物理和爆轟物理研究中，常採用輻射光譜法測量衝擊壓縮條件下材料的溫度，基本原理是基於Planck (普朗克)灰體模型，假設被測材料的光譜發射率與測量波長無關。然而衝擊條件下材料的熱輻射並不一定滿足灰體模型假說，其發射率可隨波長變化，僅通過測量材料的光譜輻亮度是不能得到材料的真實溫度，只有知道材料的發射率，才可求得真實溫度。目前測量衝擊條件下材料的光譜發射率一般是通過測量衝擊條件下材料的反射率，再根據Kirchhoff (基爾霍夫)定律得出材料的發射率。通常採用雷射偏振法、積分球反射法和光譜反射法等。雷射偏振法只能測量光滑表面材料的發射率，且只能測量單一波長處的發射率，不能得到發射率隨波長的變化關係。積分球反射法因光信號在積分球內多次反射，能量損失較大限制了該方法的廣泛應用。而一般的光譜反射法則因為脈衝光源時間響應慢，且光譜成份不均勻，要實現反射光脈衝與材料受衝擊產生的高溫輻射光信號脈衝間的時間同步及幅度匹配非常困難，使其測溫範圍受到較大限制。綜上所述，目前衝擊條件下的光譜發射率及衝擊溫度的測量技術還存在不足，難以實現寬溫度範圍的光譜發射率及衝擊溫度的實時測量要求。
發明內容為了克服現有技術中測量系統中光源時間響應慢、光譜成份不均勻的不足，本實用新型提供一種衝擊溫度·及光譜發射率的實時測量系統，本實用新型的測量系統時間響應快，各測試波長的反射光信號能量能夠獨立調節，能夠方便的定出衝擊前後材料表面的反
射率變化。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:本實用新型的一種衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，其特點是，所述的實時測量系統中含有數個不同波長的連續雷射器、用於將連續雷射器的輸出雷射調製成能量比值恆定的兆赫重複頻率的雙脈衝雷射的數個高速聲光調製器、光纖合束器、雙光纖探頭、多通道輻射高溫計、數字示波器。連續雷射器分別通過光纖與對應的高速聲光調製器連接，高速聲光調製器通過光纖分別與光纖合束器的每一個輸入埠連接，光纖合束器的輸出埠與雙光纖探頭中的一支光纖相連用於將脈衝雷射準直並照射被測樣品表面，雙光纖探頭中的另一支光纖用於收集被測樣品表面反射的雷射脈衝和被測樣品衝擊後的高溫熱輻射信號光，並與多通道輻射高溫計連接，進行光電轉換。多通道輻射高溫計的電信號輸出端與外圍設備中的數字示波器連接。所述的多通道輻射高溫計的測試波長包含連續雷射器的工作波長。[0007]所述的連續雷射器的數量大於2。所述的高速聲光調製器數量、連續雷射器數量、光纖合束器(5)輸入端的光纖數量對應設置。本實用新型中的連續雷射器輸出雷射功率可根據實驗需求進行獨立調節，且輸出雷射經高速聲光調製器調製成能量比值恆定的兆赫重複頻率的雙脈衝雷射，前脈衝雷射在衝擊波到達被測樣品表面之前照射在被測樣品表面上，後脈衝雷射在衝擊波到達被測樣品表面時刻照射在被測樣品表面上，同時後脈衝雷射與因衝擊波到達被測樣品表面時產生的熱輻射光信號疊加。本實用新型中的多通道輻射高溫計用於接收被測樣品表面反射的雙脈衝雷射信號及因衝擊波到達被測樣品表面而產生的熱福射光信號。被測樣品表面反射的雙脈衝雷射信號中的前反射脈衝雷射信號對應於被測樣品表面衝擊之前的狀態，被測樣品表面反射的雙脈衝雷射信號中的後反射脈衝雷射信號對應於被測樣品表面衝擊後的狀態。由衝擊前後被測樣品表面反射的雙脈衝雷射信號的幅度值及熱輻射光信號幅度值，根據能量守恆定律、Kirchhoff定律和Planck定律進行數據處理即可求出被測樣品的光譜發射率及衝擊溫度。本實用新型的有益效果是，光信號全部在光纖中傳輸，便於複雜環境中測量。連續雷射器輸出功率可連續獨立調節，雙脈衝雷射時間響應快，能夠實時反映衝擊前後被測樣品表面反射率的變化情況，適用於不同溫度範圍內的光譜發射率及衝擊溫度的測量。

圖1為本實用新型的光譜發射率及衝擊溫度實時測量系統的結構示意圖；圖中，1.第一連續雷射器 2.第二連續雷射器3.第一高速聲光調製器 4.第二高速聲光調製器 5.光纖 合束器 6.雙光纖探頭 7.被測樣品 8.多通道輻射高溫計 9.數字示波器。
具體實施方式
下面根據附圖對本實用新型作進一步描述。實施例1圖1為本實用新型的光譜發射率及衝擊溫度實時測量系統的結構示意圖，如圖1所示，本實用新型的衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，含有η個不同波長的連續雷射器、用於將連續雷射器的輸出雷射調製成能量比值恆定的兆赫重複頻率的雙脈衝雷射的m個高速聲光調製器、光纖合束器5、雙光纖探頭6、多通道輻射高溫計8、數字示波器9 ;連續雷射器分別通過光纖與對應的高速聲光調製器連接，高速聲光調製器通過光纖分別與光纖合束器5的每一個輸入埠連接，光纖合束器5的輸出埠與雙光纖探頭6中的一支光纖相連用於將脈衝雷射準直並照射被測樣品7表面，雙光纖探頭6中的另一支光纖用於收集被測樣品表面反射的雷射脈衝和被測樣品7衝擊後的高溫熱輻射信號光，並與多通道輻射高溫計8連接；多通道輻射高溫計8的電信號輸出端與外圍設備中的數字示波器9連接。所述的多通道輻射高溫計8的測試波長包含連續雷射器的工作波長。所述的連續雷射器的數量大於2。[0019]所述的高速聲光調製器數量、連續雷射器數量、光纖合束器5輸入端的光纖數量對應設置。本實施例中，連續雷射器設置數量為三個，第一連續雷射器1、第二連續雷射器2是其中兩個。高速聲光調製器設置數量為三個，第一高速聲光調製器3、第二高速聲光調製器4是其中兩個。所述的光纖合束器5的輸入端為多根光纖埠輸入、單根光纖埠輸出的合束器，光纖合束器5的輸入端的光纖數量為三個。本實用新型中的連續雷射器、高速聲光調製器、光纖合束器、雙光纖探頭和多通道輻射高溫計之間通過光纖連接，光纖之間通過光纖法蘭盤連接，多同輻射高溫計與數字示波器之間通過電纜連接。連續雷射器、高速聲光調製器、光纖合束器的輸入埠依次連接，光纖合束器的輸出端與雙光纖探頭中用於將調製的雙脈衝雷射傳輸至被測樣品表面的一支光纖連接，雙光纖探頭中用於接收被測樣品表面反射的脈衝雷射信號及衝擊熱輻射光信號的另一支光纖與多通道輻射高溫計連接，多通道輻射高溫計的信號輸出端與外圍設備中的數字示波器連接。所述的連續雷射器輸出雷射經高速聲光調製器調製成能量比值恆定的兆赫重複頻率的雙脈衝雷射，各波長的連續雷射器輸出功率可連續獨立進行調節；所述的多通道輻射高溫計的測試通道波長包含實際使用的連續雷射器的工作波長，各測試通道信號輸出應在多通道輻射高溫計的動態線性響應範圍內。本實用新型的衝擊溫度及光譜發射率實時測量系統的工作過程是:實驗前先測出被測樣品在常態下的光譜反射率，以及用標準光源定出多通道輻射高溫計各通道的光譜響應。實驗中通過調節各波長連續雷射器的輸出功率控制反射脈衝雷射信號幅度；通過控制各高速聲光調製器的工作時刻，使調製的各波長的雙脈衝雷射在衝擊波到達被測樣品表面前後分別照射在被測樣品表面；雙光纖探頭收集的反射光信號及被測樣品被衝擊後發射的熱輻射光信號進入多通道輻射高溫計後轉變為電信號，並由數字示波器記錄。數字示波器記錄實驗信號上的前脈衝 雷射對應於被測樣品在衝擊前的表面狀態，與常態下被測樣品的光譜反射率相關，而後脈衝雷射信號對應於被測樣品在衝擊後的表面狀態，與衝擊狀態下的光譜反射率相關，並同時與因衝擊波到達樣品表面時產生的熱輻射光信號疊加。在考慮衝擊前後光信號耦合因子變化的情況下，由實驗測得的衝擊前後被測樣品表面反射的雙脈衝雷射信號的幅度值及熱輻射光信號幅度值，結合實驗前測得的常態下被測樣品的光譜反射率及由標準光源定出的多通道輻射高溫計各通道的光譜響應等參數，根據能量守恆定律、Kirchhoff定律和Planck定律,進行數據處理即可求出被測樣品的光譜發射率及衝擊溫度。實施例2本實施例與實施例1的結構相同，不同之處是，連續雷射器設置數量為七個。高速聲光調製器設置數量為七個。光纖合束器的輸入端的光纖數量為七個。
權利要求1.一種衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，其特徵是，所述的實時測量系統中含有數個不同波長的連續雷射器、用於將連續雷射器的輸出雷射調製成能量比值恆定的兆赫重複頻率的雙脈衝雷射的數個高速聲光調製器、光纖合束器(5)、雙光纖探頭(6)、多通道輻射高溫計(8)、數字示波器(9);其連接關係是，所述的連續雷射器分別通過光纖與對應的高速聲光調製器連接，高速聲光調製器通過光纖分別與光纖合束器(5)的每一個輸入埠連接，光纖合束器(5)的輸出埠與雙光纖探頭(6)中的一支光纖相連用於將脈衝雷射準直並照射被測樣品(7)表面，雙光纖探頭(6)中的另一支光纖用於收集被測樣品表面反射的雷射脈衝和被測樣品(7)衝擊後的高溫熱輻射信號光，並與多通道輻射高溫計(8)連接；多通道輻射高溫計(8)的電信號輸出端與外圍設備中的數字示波器(9)連接。
2.根據權利要求1所述的衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，其特徵是，所述的多通道輻射高溫計(8)的測試波長包含連續雷射器的工作波長。
3.根據權利要求1所述的衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，其特徵是，所述的連續雷射器的數量大於2。
4.根據權利要求1所述的衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，其特徵是，所述的高速聲光調製器數量、連續雷射器數量、光纖合束器(5 )輸入端的光纖數量對應設置。
專利摘要本實用新型提供了一種衝擊溫度及光譜發射率的實時測量系統，所述的測量系統中的連續雷射器的輸出雷射經高速聲光調製器調製成能量比值恆定的雙脈衝雷射，分別在衝擊波到達被測樣品表面時刻的前後照射在被測樣品表面上，同時與被測樣品因衝擊而產生的熱輻射光信號一起被雙光纖探頭接收，由多通道輻射高溫計進行探測。通過測量雙脈衝雷射信號幅度的變化及熱輻射光信號幅度，可同時計算得到被測樣品的光譜發射率及衝擊溫度。本實用新型中的光信號全部在光纖中傳輸，便於複雜環境中測量，連續雷射器輸出功率可連續獨立調節，雙脈衝雷射時間響應快，能夠實時反映衝擊前後被測樣品表面反射率的變化情況，適用於不同溫度範圍內的光譜發射率及衝擊溫度的測量。
文檔編號G01N21/25GK203132985SQ20132016920
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者李加波, 周顯明, 曾小龍, 李俊, 葉素華, 賈路峰, 王為, 傅秋衛, 李賽男, 陶天炯, 翁繼東, 王翔, 陳宏 , 劉盛剛, 汪小松, 向耀民 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所