CN105717320B - 空腔式动量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空腔式动量传感器，它包括保护套，所述保护套内部设置有Asay窗、Asay膜以及光纤探头；所述Asay窗连接光纤探头；所述Asay窗和Asay膜之间设置为分离式结构；所述Asay膜与所述Asay窗相对的一面为测试界面。本发明克服了Asay窗对低密度微喷物质测试敏感度低以及Asay膜有效测试时长短的缺点；融合了Asay窗和Asay膜、激光干涉测速三种测试功能，发挥了三种测试技术各自的测试优点；成倍缩小了占用测试空间，大大缩小了嵌入式测量对微喷、微层裂物质演化状态产生的影响。
Description
技术领域
本发明涉及高压加载下瞬态光电测试技术领域，特别是针对高压加载下被加载物体自由面产生的微喷、微层裂物质随时间的演化过程的诊断技术，具体涉及一种空腔式Asay动量传感器。
背景技术
微喷物质是一种在高压加载下金属飞片被熔化(或部分熔化)形成的表面微喷射流，微层裂物质是在随后的反射拉伸波作用下发生微层裂而产生的。由于微喷/微层裂现象对金属飞片的物质状态造成改变，可能严重影响金属飞片力学响应行为，且微喷/微层裂物质还可能与后继界面混合，增强界面不稳定性。因此，微喷/微层裂现象研究已成为国内外武器物理研究的热点，并在爆轰、激光、电磁等不同动高压加载条件下，该研究方向得到进一步拓展和深入，逐步发展成为冲击动力学研究领域一个专门的研究方向。
动量传感器是将传感器嵌入微喷/微层裂物质内部，对传感器底部测试界面粒子速度历程使用激光干涉测速仪进行连续测量的嵌入式测试诊断方法。由于该方法最早由美国Asay J.R.提出，故该类传感器又称Asay动量传感器，目前主要的Asay动量传感器分为Asay膜和Asay窗两种。目前，Asay动量传感器技术仍然存在诸多有待解决的问题：Asay窗测试时间长，但测试灵敏度低，难以响应低密度微喷物质；而Asay膜则相反，难以对相对密度较高的微层裂物质进行测量；这都大大限制了以上两种测试技术在微喷/微层裂诊断中的应用，特别是在某些成本高昂，测试空间密闭狭小，且只能使用嵌入式测试手段的实验中(如内爆加载实验)，为了有效测试微喷/微层裂发展演化全部历程，不得不分别放置Asay膜和Asay窗探头，在不同位置点进行测试，这种多点式的非同轴测试方式，不仅会因界面不稳定性而带来测试结果不一致难以分析，还会导致原本狭小的测试空间被多个Asay探头过度占用，使得其它测试(如光、电探针测试)难以开展；另外，Asay探头测试方式为嵌入式，占用面积越大，对测试区域物质的原有物理状态影响就越大，测试结果可信度大大降低。因此，虽然Asay膜、Asay窗测试技术具有种种无可替代的测试特点和潜力，但目前在实际工程中的直接应用仍存在诸多限制。因此，研制一种新型嵌入式动量传感测试技术，克服Asay膜和Asay窗自身的测试缺点，实现单点同轴全程测量，成倍减小传感器占用空间，增强测试数据的可信度，为武器物理研究提供一种强有力的诊断技术，具有重要的意义。
化学式：LiF，中文名称：氟化锂，是一种盐，是碱金属卤化物，室温下为白色晶体，难溶于水。用做核工业，搪瓷工业，光学玻璃制造，干燥剂、助熔剂等。它可由碳酸锂或氢氧化锂与氢氟酸在铅皿或铂皿中结晶制得。
发明内容
本发明为了克服Asay膜、Asay窗各自的测试缺点，将Asay膜、Asay窗以及PDV三种测试方法的功能进行有机融合，实现单点同轴全程速度历程测量，本发明提出一种新型的空腔式Asay动量传感器结构。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种空腔式动量传感器，它包括保护套，所述保护套内部设置有Asay窗、Asay膜以及光纤探头；所述Asay窗连接光纤探头；所述Asay窗和Asay膜之间设置为分离式结构；所述Asay膜与所述Asay窗相对的一面为测试界面。
更进一步的技术方案是所述Asay窗和Asay膜是同一种材质制作而成。
更进一步的技术方案是所述Asay窗和Asay膜是LiF材质制作而成。
更进一步的技术方案是所述Asay膜的测试界面镀有一层增反膜。
更进一步的技术方案是所述光纤探头外接激光干涉测速仪。
更进一步的技术方案是所述Asay窗和Asay膜之间的分离式结构为：所述Asay窗和Asay膜之间形成空腔结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.克服了Asay窗对低密度微喷物质测试敏感度低以及Asay膜有效测试时长短的缺点；
2.融合了Asay窗和Asay膜、激光干涉测速三种测试功能，发挥了三种测试技术各自的测试优点；
3.使用单个传感器实现了从金属飞片启动，经历微喷、微层裂物质区域时段，最后金属飞片主体撞击传感器的整个测试时段的全量程连续测量，将原来三个传感器才能实现的测试功能集成到一个传感器上，成倍缩小了占用测试空间，大大缩小了嵌入式测量对微喷、微层裂物质演化状态产生的影响。
附图说明
图1为本发明一个实施例中空腔式动量传感器的结构示意图。
图2为本发明一个实施例Sn飞片爆轰加载实验示意图。
附图标记说明：1 Asay窗，2 Asay膜，3保护套，4光纤探头，5测试界面，6空腔，100空腔式Asay动量传感器,200雷管，201炸药，202Sn飞片，203微层裂区，204微喷区。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种空腔式Asay动量传感器，它包括：LiF材质的Asay窗1、Asay膜2以及保护套3、光纤探头4四部分结构组件，并且光纤探头4外接激光干涉测速仪(PDV)，Asay膜上表面为测试界面5，如图1所示。作为优选的实施方案，所述Asay窗和Asay膜之间设置为分离式结构；具体的，Asay窗1和Asay膜2之间留有空腔6。
该传感器的测试原理为：将Asay膜与Asay窗设计为分离式结构，使二者中间形成一个固定间隔长度的空腔，并使Asay膜处于近似自由状态；当Asay膜在被微喷物质撞击之后，可自由飞行一段时间，在该时段内可视为Asay膜测试；而当Asay膜抵达Asay窗下端面时，由于二者材质一致，冲击阻抗匹配，碰撞后在瞬间合为一体，测试结构由Asay膜转变为Asay窗，在这之后的有效测试时段内，可视为Asay窗测试。
进一步的，作为优选的实施方案，为了将激光干涉测速功能融入进来，将测试界面采用光学增反镀膜方案，在Asay膜的测试界面5镀一定回光比例的增反膜，使PDV光纤探头部分入射光投射至金属飞片表面进行测试，另一部分测试界面回光在被微喷/微层裂物质撞击后发生多普勒频移，也会与干涉仪内部参考光形成干涉信号，中继之前的金属飞片前表面物质速度历程测量，转而进行空腔式Asay动量传感器测试界面速度历程测量。通过光学增反镀膜方案，可实现从金属飞片启动到微喷、微层裂物质碰撞传感器之前时段物质运动速度的测量，拓展动量传感器的测试时段，实现单点同轴全量程测量。
进一步的，如图2所示，本实施例以空腔式Asay动量传感器在Sn材料金属飞片爆轰加载实验中的应用为实施例，对其使用方法进行进一步说明。
在爆轰实验中，将空腔式Asay动量传感器100固定放置在爆轰装置上方，使其与Sn飞片上表面保持一定距离；爆轰装置主要由雷管200、炸药201和Sn飞片202三部分组成，雷管引爆炸药，炸药爆轰对Sn飞片进行加载，Sn飞片被爆轰加载后，在高压加载下Sn飞片被熔化(或部分熔化)形成表面微喷物质，并在随后的反射拉伸波作用下发生微层裂而产生微层裂物质，其分布方式为微喷物质在上，微层裂物质在下，即微喷区204在上，微层裂区203在下，如图2所示。微喷物质、微层裂物质产生后都以超高速度向上运动，在微喷物质撞击空腔式Asay动量传感器下端面之前，由于空腔式Asay动量传感器测试界面(即Asay膜上端面)采用了光学增反镀膜方案，其上端的PDV光纤探头出射的部分激光能够穿透测试界面直接照射至微喷物质前界面，其回光被PDV光纤探头探测，微喷物质前界面的运动速度历程被检测到，该时段为PDV测试段；当微喷物质开始撞击空腔式Asay动量传感器下端面并遮挡住透过Asay膜的光路，且Asay膜开始向上运动时，PDV光纤探头对Asay膜的上端面即测试界面的运动速度历程进行检测，中继PDV段的测试，该时段为Asay膜测试段；当Asay膜运动到Asay窗下端面时，由于Asay膜和Asay窗材质都为LiF材质，二者冲击阻抗匹配，Asay膜与Asay窗撞击后瞬间与Asay窗融合在一起，整体形成一个新的Asay窗，继续对测试界面的速度历程进行检测，中继Asay膜段的测试，该时段为Asay窗测试段；最后，Sn飞片密实基体撞击空腔式Asay动量传感器，直接破坏测试界面，测试中断。
以上方法完成了从Sn飞片被爆轰加载启动时刻开始，经历微喷、微层裂物质，最后Sn飞片密实基体撞击空腔式Asay动量传感器的整段速度历程测量；经历了PDV测量、Asay膜测量、Asay窗测量三段接力式测试历程；实现了对微喷、微层裂物质的单点同轴全量程的速度历程测量，为微喷、微层裂物质的密度演化历程的进一步分析和反演提供了良好的基础数据。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (4)
1.一种空腔式动量传感器，它包括保护套，所述保护套内部设置有Asay窗、Asay膜以及光纤探头；所述Asay窗连接光纤探头；其特征在于：所述Asay窗和Asay膜之间设置为分离式结构；所述Asay窗和Asay膜之间留有空腔；所述Asay膜与所述Asay窗相对的一面为测试界面；所述的Asay窗和Asay膜是同一种材质制作而成；所述的Asay膜的测试界面镀有一层增反膜。
2.根据权利要求1所述的空腔式动量传感器，其特征在于所述的Asay窗和Asay膜是LiF材质制作而成。
3.根据权利要求1所述的空腔式动量传感器，其特征在于所述的光纤探头外接激光干涉测速仪。
4.根据权利要求1所述的空腔式动量传感器，其特征在于所述Asay窗和Asay膜之间的分离式结构为：所述Asay窗和Asay膜之间形成空腔结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |