非接觸式瞬態測量微巖石飛片飛行速度的裝置製造方法
2023-12-03 12:33:01 4
非接觸式瞬態測量微巖石飛片飛行速度的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了非接觸式瞬態測量微巖石飛片飛行速度的裝置。該測量裝置包括驅動雷射發生器，驅動雷射發生器後設置分光鏡，經分光鏡之後的一路光路中依次設置聚光透鏡、微巖石飛片飛行腔；由分光鏡分光後的另一路光路中依次設置高頻光電接收器Ⅰ和示波器；該測量裝置還包括高頻片雷射發生器，在高頻片雷射發生器後設置空間濾波器，經空間濾波器的片雷射經過微巖石飛片飛行腔，進入高頻光電接收器Ⅱ，最後到達示波器。本實用新型優點在於採用厚度為30μm的片雷射，可以測量直徑1mm量級、厚度1～10μm量級的微巖石飛片，測試飛片飛行速度的範圍為0~8km/s，測試精度誤差低於9%。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種非接觸式瞬態測量微巖石飛片飛行速度的裝置，屬於微巖石 飛片的飛行速度測試【技術領域】。 非接觸式瞬態測量微巖石飛片飛行速度的裝置
【背景技術】
[0002] 巖石在爆炸或高速撞擊等衝擊載荷作用下會產生微巖石飛片，微巖石飛片通常具 有以下特點：1)直徑為1mm量級，厚度為1?10 μ m量級；2)終極速度高達數km / S，甚至 更高；3)加速度高達101? / s2量級，而且在發射後20ns左右的時間內即被加速到終極速 度的95%;4)具有光學不透明性。由於微巖石飛片體積小、速度高，所以在超高應變率下材 料動態響應研究、材料物態方程研究、炸藥安全引爆研究以及空間碎片研究等領域，微巖石 飛片飛行速度的原位、精確測量是其關鍵技術之一
[0003] 目前測速方法較多，但應用於試驗研究都有一定的不足。PVDF (聚偏二氟乙烯)壓 電傳感器測速方法操作簡單，但PVDF是一種耗費性材料，不利於長期密集開展試驗研究； 更為重要的是，在開展飛片的超高速撞擊效應研究時，這種測速方式為間接測速，不能實時 觀測每次撞擊的速度，且試驗誤差較大。石英晶體測速法相對於PVDF測速法試驗材料利用 率較高，但是與PVDF測速一樣，該方法也是一種間接測量方法，不能實時觀測每次撞擊的 速度，且試驗誤差較大。VISAR (Velocity Interferometer System for Any Reflector)測 速法的測速精度較高，但是價格不菲，並且與前面的兩種方法類似均為間接測量方法。條紋 相機測速法可以觀測飛片飛行的完整性和飛片的速度，且精度較高，缺點是價格昂貴，國內 尚未掌握該技術的核心且技術持有國對我國實施技術封鎖。Ramesh和Kelkar提出了採用 雷射光幕連續測量氣炮驅動的飛片的空間位置，從而得到其速度歷史的技術，該技術為非 接觸式測量，測量精度高。但是對於微小飛片，由於其厚度較小，尚不能直接使用該技術，所 以改進該技術來測試微小飛片的瞬態速度勢在必行。
【發明內容】
[0004] 針對上述存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種非接觸式瞬態測量微巖石 飛片飛行速度的裝置。該測量裝置具有實時測量和測量精度高的特點。
[0005] 本實用新型是通過以下技術方法實現的，一種非接觸式瞬態測量微巖石飛片飛行 速度的裝置，其特徵在於，該測量裝置包括驅動雷射發生器，驅動雷射發生器後設置分光 鏡，經分光鏡之後的一路光路中依次設置聚光透鏡、微巖石飛片飛行腔；由分光鏡分光後的 另一路光路中依次設置高頻光電接收器I和示波器；該測量裝置還包括高頻片雷射發生 器，在高頻片雷射發生器後設置空間濾波器，經空間濾波器的片雷射經過微巖石飛片飛行 腔，進入高頻光電接收器II，最後到達示波器。
[0006] 本實用新型的優點是提供一種微小飛片飛行速度非接觸式瞬態測量系統。本實用 新型採用厚度為30 μ m的片雷射，可以測量直徑1_量級、厚度1?10 μ m量級的微巖石飛 片，測試飛片飛行速度的範圍為〇~8 km/s，可拓展到10km/S以上，並且測試精度誤差低於 9% 〇
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1為本實用新型的裝置結構框圖。
[0008] 圖中：1為驅動雷射發生器，2為分光鏡，3為聚光透鏡，4為微巖石飛片飛行腔，5 為空間濾波器，6為高精度片雷射發生器，7為高頻光電接收器I，8為高頻光電接收器II，9 為示波器。
[0009] 圖2為微巖石飛片飛行腔4結構示意圖。
[0010] 圖中：4_1為微巖石飛片飛行腔底，4-2為微巖石飛片飛行腔蓋，4-3為飛片靶，4-4 為雷射光幕。
[0011] 圖3為試驗記錄的原始曲線。
[0012] 圖4為數據處理獲得飛片飛行的時間-電壓曲線。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合附圖和實例對本實用新型【具體實施方式】做進一步詳細說明：
[0014] 1、組裝測量系統，具體步驟如下：
[0015] (1)將雷射發生器、聚光透鏡架固定到基座上；
[0016] (2)將高頻光電接收器固定到接收器接口的外側，聚光及濾光筒固定到接收器接 口的內側；
[0017] (3)調節雷射發生器出雷射出口距離中心線（即標定絲杆接口的中軸線）185mm，用 擦鏡紙確認中心線處的雷射光幕與基座底面垂直，調節微調螺母雷射光幕對準光電接收器 正中；
[0018] (4)調節聚光透鏡的，使聚焦後的雷射仍然保持對中；
[0019] (5)將微巖石飛片飛行腔安裝在飛片靶及靶板之間，並在飛片靶及微巖石飛片飛 行腔之間夾一層相紙，相紙用雙面膠粘於飛片靶上，調節飛片靶位置，使雷射發生器發射的 雷射正對著微巖石飛片飛行腔；
[0020] (6)調節測速雷射的中心正對著微巖石飛片飛行腔的狹縫(此過程通過示波器監 控，將示波器調至直流耦合狀態，移動精密移動平臺，使示波器輸出電壓最大即可）；
[0021] 本實用新型裝置對微巖石飛片飛行速度進行非接觸式瞬態測量原理如下：
[0022] 驅動雷射經過分光鏡後，微弱的反射光經過高頻光電接收器進入示波器的通道1， 產生觸發信號1，觸發信號1產生的時間即為飛片發射的初始時刻，高速飛行的飛片通過片 雷射時，光電接收器會產生一個向下的脈衝，示波器通道2產生觸發信號2。片雷射厚度為 30 μ m，寬0· 5mm ;片雷射與飛片祀之間的距離設為2mm。片雷射厚度的選擇是基於微小飛片 厚度薄、直徑小的特點，5 μ m厚、1mm直徑的飛片可以造成最大輸出1/6的變化，方便探測。
[0023] 片雷射和飛片靶之間的距離?/通過微巖石飛片飛行腔的微巖石飛片飛行腔底的 厚度來控制，一旦光路校準完畢後，每次試驗只要將飛片靶緊貼微巖石飛片飛行腔底即可。
[0024] 通過記錄兩觸發信號之間的時間差」?和飛片靶到傳感器之間的距離?/即可得到 飛片的平均速度
[0025] v=d/A t
[0026] 2、用測微絲杆精確標定片雷射和飛片靶之間的距離?/，在測微絲杆剛好遮擋片激 光時，記錄測微絲杆讀數測微絲杆與飛片靶完全接觸時，記錄測微絲杆讀數於是得 到飛片飛行距離為：?/ =?/；_?4=1. 015±0. 03 μ m。
[0027] 3、啟動試驗儀器，確認各部分工作正常，進行試驗，記錄試驗數據。
[0028] 4、數據處理，得到飛片的速度，具體步驟如下：
[0029] (1)試驗得到典型的原始試驗結果如附圖3所示。
[0030] (2)示波器的頻響為2. 5G/S，所以示波器時間誤差為^ =4. 0s，取主雷射信號的 峰值點對應的時刻為G=20. 4±0. 4ns，即飛片起飛時刻，如附圖4所示。
[0031] (3)將測速雷射原始信號減去系統幹擾信號，消除系統幹擾。
[0032] (4)為準確得到飛片到達時刻&即信號的下降起點，對修正後信號的下降段進行 線性擬合，擬合結果為：
[0033] -(1.80x10* ±2.53> +(5.21 χ10-1± 6.69xlCT1)
[0034] 前段直線段為：
[0035] =1.65x10-1 ±1.05 X1CT1
[0036] 考慮到傳感器的上升時間為10ns，由此計算到信號下降時刻為G=197. 5 ± 10. 0ns。
[0037] (5)飛片的飛行時間 ?= i7=177 ± 10ns。
[0038] (6)最後得到飛片的速度為κ=5. 73±0. 37km/s，最大相對誤差為6. 4%。
【權利要求】
1. 一種非接觸式瞬態測量微巖石飛片飛行速度的裝置，其特徵在於，該測量裝置包括 驅動雷射發生器，驅動雷射發生器後設置分光鏡，經分光鏡之後的一路光路中依次設置聚 光透鏡、微巖石飛片飛行腔；由分光鏡分光後的另一路光路中依次設置高頻光電接收器I 和示波器；該測量裝置還包括高頻片雷射發生器，在高頻片雷射發生器後設置空間濾波器， 經空間濾波器的片雷射經過微巖石飛片飛行腔，進入高頻光電接收器II，最後到達示波器。
【文檔編號】G01P3/36GK203894248SQ201420267939
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】夏開文, 陳榮, 孫立強, 於長一, 李嘉 申請人:天津大學