CN105203797A - 一种微纳米粒子群测速系统 - Google Patents

Abstract

一种微纳米粒子群测速系统，属于粒子测速领域。它解决了现有的粒子测速方法无法测量微纳米粒子群速度的问题。本发明包括三个结构相同的丝网装置、丝网装置固定架、信号触发器和示波器，三个丝网装置分别与信号触发器的三个输入端连接，信号触发器的输出端与示波器连接，三个丝网装置平行设置，且等高、等间距、竖直固定于丝网装置固定架上。丝网装置捕捉微纳米粒子群，信号触发器将断路信号转换为电压信号，示波器接收电压信号后波形产生变化，记录两次波形变化的时刻并作差，并利用激光测距仪测量相邻的两个丝网装置的间距，可计算出微纳米粒子群的速度。本发明所述的测速系统适用于微纳米粒子群的速度测量。

Description

一种微纳米粒子群测速系统

技术领域

本发明涉及一种微纳米粒子群测速系统，属于粒子测速领域。

背景技术

地面高速撞击试验是评估航天器材料和空间碎片防护结构的性能的重要手段，主要是通过轻气炮发射的毫米级弹丸来模拟空间碎片。空间碎片撞击航天器的速度范围为1～15km/s，因此轻气炮发出弹丸的速度是影响地面高速撞击试验结果准确性的重要参数之一。

现有多种粒子测速方法：

高速摄影法是根据相邻两帧图像中粒子的位移及拍摄间隔时间来确定粒子的速度；

粒子动态分析仪是运用多普勒频移和多普勒相位差原理进行粒子速度测量；

粒子图形测速仪利用计算机处理两帧图像上的微粒位移，结合激光脉冲的时间间隔，计算得到粒子的速度；

电子探针法是将两根电子探针以一定距离先后布置在弹丸飞行轨道上，利用捕捉到的两次接触信号的时间差和两根探针间的距离来计算出弹丸的速度；

磁感应测速法是在弹丸飞行弹道上布置两组或两组以上磁体和线圈感应装置，当弹丸通过时，根据感应信号的时间差和感应装置的间距便可计算出弹丸速度；

X射线测速法是弹丸先后通过两支X射线拍摄区，弹丸遮挡X射线时将弹丸投影在各自底片上，同时两次闪光时刻以及根据位移计算弹丸速度；

空间粉尘是由大量微纳米粒子群组成，空间粉尘撞击航天器的太阳能电池板后，会影响太阳能电池板的性能。在地面模拟空间粉尘高速撞击试验时，由于微纳米粒子群粒径小、速度高、数量大而不易捕捉信号，现有的粒子测速方法无法测得微纳米粒子群的速度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的粒子测速方法无法测量微纳米粒子群速度的问题，提出了一种微纳米粒子群测速系统。

本发明所述的一种微纳米粒子群测速系统，它包括一号丝网装置1、二号丝网装置2、三号丝网装置3、丝网装置固定架、信号触发器4和示波器5；

一号丝网装置1的两个接线端分别与信号触发器4的一号输入端的内线和外线连接，二号丝网装置2的两个接线端分别与信号触发器4的二号输入端的内线和外线连接，三号丝网装置3的两个接线端分别与信号触发器4的三号输入端的内线和外线连接，信号触发器4的输出端与示波器5连接；

所述一号丝网装置1、二号丝网装置2和三号丝网装置3平行设置，且等高、等间距、竖直固定于丝网装置固定架上。

本发明所述的一种微纳米粒子群测速系统，在微纳米粒子群运动的轨道上依次设置有一号丝网装置1、二号丝网装置2和三号丝网装置3，一号丝网装置1的两个接线端分别与信号触发器4的一号输入端的内线和外线连接，二号丝网装置2的两个接线端分别与信号触发器4的二号输入端的内线和外线连接，三号丝网装置3的两个接线端分别与信号触发器4的三号输入端的内线和外线连接，信号触发器4的输出端与示波器5连接；

当微纳米粒子群与丝网接触时，高速运动的微纳米粒子群撞断丝网，丝网装置与信号触发器形成的闭合回路中断，信号触发器接收到断路信号，信号触发器将接收到的断路信号转换为电压信号并传递给示波器，示波器的信号波形会发生变化；

在微纳米粒子群依次通过一号丝网装置1、二号丝网装置2、三号丝网装置3的过程中，信号触发器接收到三次断路信号，发出三次电压信号，示波器信号波形变化三次，记录信号波形第一次变化的时刻为T₁，第二次变化的时刻为T₂，第三次变化的时刻为T₃；

所述一号丝网装置1、二号丝网装置2和三号丝网装置3平行设置，且等高、等间距、竖直固定于丝网装置固定架上，因此一号丝网装置1与二号丝网装置2的间距S₁₂等于二号丝网装置2与三号丝网装置3的间距S₂₃；

所述高速运动的微纳米粒子群经过S₁₂的平均速度所述高速运动的微纳米粒子群经过S₂₃的平均速度在测速开始前，将待测试的材料板与三号丝网装置3水平平行等高放置，使其间距尽可能小，V₂₃即可视为是微纳米粒子群撞击材料板的瞬时速度；

因微纳米粒子群在高速运动中受到阻力，V₂₃小于V₁₂，取V₁₂与V₂₃的差M＝V₁₂-V₂₃，重复上述测速过程N次，计算出M的平均值M_N，M_N即为每次测速过程中得出的两个平均速度的均差；

如果一次试验中，V₁₂-V₂₃≤M_N，可确认V₂₃为微纳米粒子群撞击到材料板的有效瞬时速度。

本发明所述的一种微纳米粒子群测速系统，丝网装置能够有效地捕捉微纳米粒子群，信号触发器将断路信号转换为电压信号，示波器接收电压信号后波形产生变化，记录两次波形变化的时刻并作差，即为微纳米粒子群通过相邻的两个丝网装置所用的时间，并利用激光测距仪测量相邻的两个丝网装置的间距，可计算出微纳米粒子群的速度，本发明所述的一种微纳米粒子群测速系统的原理简单，易于实现，测量结果精度高。

附图说明

图1是实施方式一所述的一种微纳米粒子群测速系统结构示意图；

图2是实施方式二中的丝网边框的结构示意图；

图3是实施方式四中的丝网装置固定架的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种微纳米粒子群测速系统，它包括一号丝网装置1、二号丝网装置2、三号丝网装置3、丝网装置固定架、信号触发器4和示波器5；

一号丝网装置1的两个接线端分别与信号触发器4的一号输入端的内线和外线连接，二号丝网装置2的两个接线端分别与信号触发器4的二号输入端的内线和外线连接，三号丝网装置3的两个接线端分别与信号触发器4的三号输入端的内线和外线连接，信号触发器4的输出端与示波器5连接；

所述一号丝网装置1、二号丝网装置2和三号丝网装置3平行设置，且等高、等间距、竖直固定于丝网装置固定架上。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种微纳米粒子群测速系统的进一步限定，一号丝网装置1、二号丝网装置2和三号丝网装置3结构相同，一号丝网装置1包括丝网9和丝网边框10，丝网边框10为矩形，且丝网边框10采用绝缘材质。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种微纳米粒子群测速系统的进一步限定，丝网边框10的上边框和下边框上均设置有数量相同的多个均匀分布的凸起11，一号丝网装置1的两个接线端分别设置于下边框与左右两个边框的交点；

金属导线按蛇形均匀且单面缠绕在凸起11上，形成丝网9，金属导线的一端与一号丝网装置1的一个接线端连接，金属导线的另一端与一号丝网装置1的另一个接线端连接。

在具体实施中，先用电烙铁将金属导线的一端焊接在丝网装置的一个接线端上，然后将金属导线沿凹槽自下而上循环往复均匀单面缠绕，当金属导线的另一端能够接触到丝网装置的另一个接线端时，用电烙铁将金属导线的另一端焊接在丝网装置的另一个接线端上。本实施方式中的单面缠绕方式与呈螺旋状的双面缠绕方式相比，测量结果更精确。双面缠绕方式共包含前后两个距离很近的金属丝网面，粒子会依次穿过这两个面，影响测量结果。

具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种微纳米粒子群测速系统的进一步限定，所述的丝网装置固定架包括一号环形装置12、二号环形装置13、三号环形装置14、一号固定螺杆15和二号固定螺杆16，一号丝网装置1、二号丝网装置2和三号丝网装置3分别固定在一号环形装置12、二号环形装置13和三号环形装置14上，一号环形装置12、二号环形装置13和三号环形装置14结构相同，两两竖直平行且等高等间距设置，一号固定螺杆15和二号固定螺杆16结构相同，水平平行，一号固定螺杆15和二号固定螺杆16用于固定一号环形装置12、二号环形装置13和三号环形装置14的位置，一号固定螺杆15和二号固定螺杆16的间距等于一号环形装置12的直径。

具体实施方式五：本实施方式是对实施方式四所述的一种微纳米粒子群测速系统的进一步限定，所述的丝网边框10的对角线的长度与一号环形装置12的直径相等，一号丝网装置1的丝网边框10的四个顶点均固定在一号环形装置12上，二号丝网装置2的丝网边框的四个顶点均固定在二号环形装置13上，三号丝网装置3的丝网边框的四个顶点均固定在三号环形装置14上。

具体实施方式六：本实施方式是对实施方式一所述的一种微纳米粒子群测速系统的进一步限定，丝网装置固定架采用绝缘材质。

具体实施方式七：本实施方式是对实施方式二所述的一种微纳米粒子群测速系统的进一步限定，丝网边框为木质。

Claims (6)

1.一种微纳米粒子群测速系统，其特征在于：它包括一号丝网装置(1)、二号丝网装置(2)、三号丝网装置(3)、丝网装置固定架、信号触发器(4)和示波器(5)；

一号丝网装置(1)的两个接线端分别与信号触发器(4)的一号输入端的内线和外线连接；

二号丝网装置(2)的两个接线端分别与信号触发器(4)的二号输入端的内线和外线连接；

三号丝网装置(3)的两个接线端分别与信号触发器(4)的三号输入端的内线和外线连接，信号触发器(4)的输出端与示波器(5)连接；

所述一号丝网装置(1)、二号丝网装置(2)和三号丝网装置(3)平行设置，且等高、等间距、竖直固定于丝网装置固定架上。

2.根据权利要求1所述的一种微纳米粒子群测速系统，其特征在于：一号丝网装置(1)、二号丝网装置(2)和三号丝网装置(3)结构相同，一号丝网装置(1)包括丝网(9)和丝网边框(10)，丝网边框(10)为矩形，且丝网边框(10)采用绝缘材质。

3.根据权利要求2所述的一种微纳米粒子群测速系统，其特征在于：丝网边框(10)的上边框和下边框上均设置有数量相同的多个均匀分布的凸起(11)，一号丝网装置(1)的两个接线端分别设置于下边框与左右两个边框的交点；

金属导线按蛇形均匀且单面缠绕在凸起(11)上，形成丝网(9)，金属导线的一端与一号丝网装置(1)的一个接线端连接，金属导线的另一端与一号丝网装置(1)的另一个接线端连接。

4.根据权利要求1所述的一种微纳米粒子群测速系统，其特征在于：所述的丝网装置固定架包括一号环形装置(12)、二号环形装置(13)、三号环形装置(14)、一号固定螺杆(15)和二号固定螺杆(16)，一号丝网装置(1)、二号丝网装置(2)和三号丝网装置(3)分别固定在一号环形装置(12)、二号环形装置(13)和三号环形装置(14)上，一号环形装置(12)、二号环形装置(13)和三号环形装置(14)结构相同，两两竖直平行且等高等间距设置，一号固定螺杆(15)和二号固定螺杆(16)结构相同，水平平行，一号固定螺杆(15)和二号固定螺杆(16)用于固定一号环形装置(12)、二号环形装置(13)和三号环形装置(14)的位置，一号固定螺杆(15)和二号固定螺杆(16)的间距等于一号环形装置(12)的直径。

5.根据权利要求4所述的一种微纳米粒子群测速系统，其特征在于：所述的丝网边框(10)的对角线的长度与一号环形装置(12)的直径相等，一号丝网装置(1)的丝网边框的四个顶点均固定在一号环形装置(12)上，二号丝网装置(2)的丝网边框的四个顶点均固定在二号环形装置(13)上，三号丝网装置(3)的丝网边框的四个顶点均固定在三号环形装置(14)上。

6.根据权利要求1所述的一种微纳米粒子群测速系统，其特征在于：丝网装置固定架采用绝缘材质。