CN109029551A - 激波管腔内着火过程拍摄系统 - Google Patents

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张尊华
李敬武
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Abstract

本发明公开了一种激波管腔内着火过程拍摄系统，该系统包括激波管管体、管体尾部凸肩、端盖、高速摄像机、单色仪、以及示波器；管体尾部凸肩与端盖之间设置有光学玻璃；激波管管体的侧壁上设置有第一压力传感器、第二压力传感器、以及光学窗口；第一压力传感器的信号输出端与高速摄像机的触发信号输入端连接，高速摄像机的电压信号输出端与示波器的第二信号输入通道连接；第二压力传感器的信号输出端与示波器的第一信号输入通道连接。本发明的系统通过压力传感器触发高速摄像机，高速摄像机触发示波器，这种触发方式能够使高速摄像机拍摄激波管内着火过程的同时，示波器同步记录压力信号及光信号数据。

Description

激波管腔内着火过程拍摄系统
技术领域
本发明涉及激波管摄像系统，具体地指一种激波管腔内着火过程拍摄系统。
背景技术
激波管是利用激波瞬时完成对混合气加压加热的实验装置，激波管分为三部分：高压段、中间段、低压段。中间段有两张膜片将高压段与低压段分开，实验过程中，中间段两张膜片先后破裂，高压段气体直接与低压段气体接触产生激波，激波向低压段传播，激波对低压段气体有强压缩作用，瞬间使低压段气体压力、温度升高。因为激波加压加热混合气的时间极短，因此可视为绝热压缩过程。调节膜片两侧压差，即调节高压段气体与低压段气体压差，会导致高压气体与低压气体接触时产生激波的速度不同，从而激波对低压段气体的压缩效果不同，低压段气体压力、温度升高的程度也会不同。
在利用激波管开展研究实验时，多种因素会影响实验结果，如：激波分叉、温度分布不均匀、不同着火延时判定方法等。激波分叉会使反射激波扫过区域的气体发生混流流动，抑制着火过程；温度不均匀性会导致着火在某些高温区域先发生，影响实验结果；同一组实验，不同的处理方法也会产生存在一定差异的结果。因此，设计一种激波管腔内着火过程拍摄系统用于了解管体内实际的着火过程，对激波分叉、温度不均匀性等进行研究，能够更深入的了解这些因素对着火特性造成的影响。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种激波管腔内着火过程拍摄系统，该系统通过压力传感器触发高速摄像机，高速摄像机触发示波器，这种触发方式能够使高速摄像机拍摄激波管内着火过程的同时，示波器同步记录压力信号及光信号数据。
为实现上述目的，本发明所设计的激波管腔内着火过程拍摄系统，包括激波管管体，其特殊之处在于：还包括管体尾部凸肩、端盖、高速摄像机、单色仪、以及示波器；
所述管体尾部凸肩与端盖之间设置有光学玻璃，所述管体尾部凸肩设置在激波管管体的一端与其一体成型，所述端盖与管体尾部凸肩之间通过螺栓组件固定连接；
所述激波管管体的侧壁上设置有第一压力传感器、第二压力传感器、以及光学窗口；所述第一压力传感器的信号输出端与高速摄像机的触发信号输入端连接，所述高速摄像机的电压信号输出端与示波器的第二信号输入通道连接；
所述第二压力传感器的信号输出端与示波器的第一信号输入通道连接；所述光学窗口的光信号输出端与单色仪的光信号输入端连接，单色仪的电压信号输出端与示波器的第三信号输入通道连接。
进一步地，所述管体尾部凸肩的内腔设置有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内嵌置有第一垫圈；
所述端盖的内腔设置有与第一环形凹槽相对布置的第二环形凹槽，所述第二环形凹槽内嵌置有第二垫圈；
所述光学玻璃的两侧通过第一垫圈与第二垫圈夹持固定。
进一步地，所述第一压力传感器的信号输出端与高速摄像机的触发信号输入端之间的电路上设置有第一电荷放大器。
进一步地，所述第二压力传感器的信号输出端与示波器的第一信号输入通道之间的电路上设置有第二电荷放大器。
进一步地，所述第一压力传感器、第二压力传感器、以及光学窗口位于所述激波管管体的同一径向截面上。
进一步地，所述高速摄像机的焦点位于所述第一压力传感器、第二压力传感器、以及光学窗口所在的激波管管体的同一径向截面上。
再进一步地，所述端盖的中心孔直径与激波管管体内径相等。
更进一步地，所述管体尾部凸肩与端盖上对应设置有若干个沿周向布置的螺栓通过孔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
其一，本发明的激波管腔内着火过程拍摄系统设计有激波管管体、高速摄像机、单色仪、以及示波器，激波管管体的侧壁上设置有第一压力传感器、第二压力传感器、以及光学窗口，这样通过压力传感器触发高速摄像机，高速摄像机触发示波器，这种同步触发方式能够使高速摄像机拍摄激波管内着火过程的同时，示波器同步记录压力信号及光信号数据，能够通过该系统观察管体内实际的着火过程，实现对激波分叉、温度不均匀性和着火延时判定方法等进行研究。
其二，本发明的管体尾部凸肩的内腔设置有第一环形凹槽，第一环形凹槽内嵌置有第一垫圈，端盖的内腔设置有与第一环形凹槽相对布置的第二环形凹槽，第二环形凹槽内嵌置有第二垫圈；这样，可以保护光学玻璃避免与激波管管体和端盖直接接触或碰撞而造成损坏。此外，光学玻璃的两侧通过第一垫圈与第二垫圈夹持固定，摩擦力大、牢固性强，不易发生移动，第一垫圈与第二垫圈在保护光学玻璃的同时也起到密封的作用。
其三，本发明的第一压力传感器、第二压力传感器、以及光学窗口位于所述激波管管体的同一径向截面上，而且高速摄像机的焦点位于所述第一压力传感器、第二压力传感器、以及光学窗口所在的激波管管体的同一径向截面上，这样高速摄像机拍摄的着火图片与着火延时数据更具可比性。
附图说明
图1为一种激波管腔内着火过程拍摄系统的拆分结构示意图；
图2为图1激波管管体的装配结构示意图；
图3为图1中端盖的侧视结构示意图；
图中，激波管管体1、管体尾部凸肩2、第一环形凹槽2.1、端盖3、第二环形凹槽3.1、高速摄像机4、单色仪5、示波器6(第一信号输入通道6.1、第二信号输入通道6.2、第三信号输入通道6.3)、光学玻璃7、第一压力传感器8、第二压力传感器9、光学窗口10、第一垫圈11、第二垫圈12、第一电荷放大器13、第二电荷放大器14、螺栓通过孔15。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示的激波管腔内着火过程拍摄系统，包括激波管管体1，还包括管体尾部凸肩2、端盖3、高速摄像机4、单色仪5、以及示波器6；管体尾部凸肩2与端盖3之间设置有光学玻璃7，管体尾部凸肩2设置在激波管管体1的一端与其一体成型，端盖3与管体尾部凸肩2之间通过螺栓组件固定连接；激波管管体1的侧壁上设置有第一压力传感器8、第二压力传感器9、以及光学窗口10；第一压力传感器8的信号输出端与高速摄像机4的触发信号输入端连接，高速摄像机4的电压信号输出端与示波器6的第二信号输入通道6.2连接，第一压力传感器8的信号输出端与高速摄像机4的触发信号输入端之间的电路上设置有第一电荷放大器13。第一压力传感器8用来触发高速摄像机4，高速摄像机4与示波器6连接，当高速摄像机4被触发时会产生电压信号传递至示波器6，触发示波器6记录着火延时数据，这样，能够实现着火图片与着火延时数据的同步记录。
上述技术方案中，第二压力传感器9的信号输出端与示波器6的第一信号输入通道6.1连接；第二压力传感器9的信号输出端与示波器6的第一信号输入通道6.1之间的电路上设置有第二电荷放大器14。第二压力传感器9与第二电荷放大器14连接，第二压力传感器9受压力作用(实验过程中，激波扫过激波管内低压段区域，被激波扫过的区域压力升高，此压力即是指激波扫过后产生的压力)产生电压信号，传递至第二电荷放大器14，第二电荷放大器14调节此电压信号，并将其传递至示波器6，示波器6记录下压力的变化情况。
上述技术方案中，光学窗口10的光信号输出端与单色仪5的光信号输入端连接，单色仪5的电压信号输出端与示波器6的第三信号输入通道6.3连接，光学窗口10通过光纤与单色仪5连接，单色仪5将光信号转化为电压信号，并将其传递至示波器6，示波器6记录下信号的变化情况。
上述技术方案中，光学窗口10的光信号输出端与单色仪5的光信号输入端连接，单色仪5的电压信号输出端与示波器6的第三信号输入通道6.3连接。第一压力传感器8、第二压力传感器9、以及光学窗口10位于激波管管体1的同一径向截面上。高速摄像机4的焦点位于第一压力传感器8、第二压力传感器9、以及光学窗口10所在的激波管管体1的同一径向截面上，这样，高速摄像机4拍摄的着火图片与着火延时数据更具可比性。本系统通过第一压力传感器触发高速摄像机，高速摄像机触发示波器，这种同步触发方式能够使高速摄像机拍摄激波管内着火过程的同时，示波器同步记录压力信号及光信号数据，能够通过该系统观察管体内实际的着火过程，实现对激波分叉、温度不均匀性等进行研究。
如图2所示，管体尾部凸肩2的内腔设置有第一环形凹槽2.1，第一环形凹槽2.1内嵌置有第一垫圈11；端盖3的内腔设置有与第一环形凹槽2.1相对布置的第二环形凹槽3.1，第二环形凹槽3.1内嵌置有第二垫圈12；光学玻璃7的两侧通过第一垫圈11与第二垫圈12夹持固定。端盖3的中心孔直径与激波管管体1的内径相等，这样，可以保护光学玻璃避免与激波管管体和端盖直接接触或碰撞而造成损坏。此外，光学玻璃的两侧通过第一垫圈与第二垫圈夹持固定，摩擦力大、牢固性强，不易发生移动影响实验结果，第一垫圈与第二垫圈在保护光学玻璃的同时也起到密封的作用。
如图3所示，管体尾部凸肩2与端盖3上对应设置有若干个沿周向布置的螺栓通过孔15。优选地，螺栓通过孔15的个数为6～10个。安装时，周向转动端盖3，使端盖3与管体尾部凸肩2的通孔对整齐，将螺栓穿过通孔，拧紧螺母使光学玻璃7与第一垫圈11、第二垫圈12紧密贴合，这样，第一垫圈11、第二垫圈12在保护光学玻璃7的同时也起到密封的作用。
本发明的工作过程：将第一垫圈11、光学玻璃7、第二垫圈12按顺序依次放置在管体尾部凸肩2与端盖3之间，在管体尾部凸肩2与端盖3贯通的通孔中插入螺栓，适当拧紧螺母，使光学玻璃7既可以紧紧的压在垫圈上，又不至于压的过紧使光学玻璃7直接与激波管管体1或端盖3接触而造成破损。实验过程中，激波扫过第一压力传感器8所在的位置，第一压力传感器8受压力作用产生电压信号，电压信号传至第一电荷放大器13，第一电荷放大器13增强此电压信号再传至高速摄像机4，触发高速摄像机4工作。高速摄像机与示波器6连接，被触发的高速摄像机4产生电压信号传递至示波器6，触发示波器6开始记录数据。
以上仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的内容为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激波管腔内着火过程拍摄系统，包括激波管管体(1)，其特征在于：还包括管体尾部凸肩(2)、端盖(3)、高速摄像机(4)、单色仪(5)、以及示波器(6)；
所述管体尾部凸肩(2)与端盖(3)之间设置有光学玻璃(7)，所述管体尾部凸肩(2)设置在激波管管体(1)的一端与其一体成型，所述端盖(3)与管体尾部凸肩(2)之间通过螺栓组件固定连接；
所述激波管管体(1)的侧壁上设置有第一压力传感器(8)、第二压力传感器(9)、以及光学窗口(10)；所述第一压力传感器(8)的信号输出端与高速摄像机(4)的触发信号输入端连接，所述高速摄像机(4)的电压信号输出端与示波器(6)的第二信号输入通道(6.2)连接；
所述第二压力传感器(9)的信号输出端与示波器(6)的第一信号输入通道(6.1)连接；所述光学窗口(10)的光信号输出端与单色仪(5)的光信号输入端连接，单色仪(5)的电压信号输出端与示波器(6)的第三信号输入通道(6.3)连接。
2.根据权利要求1所述的激波管腔内着火过程拍摄系统，其特征在于：所述管体尾部凸肩(2)的内腔设置有第一环形凹槽(2.1)，所述第一环形凹槽(2.1)内嵌置有第一垫圈(11)；
所述端盖(3)的内腔设置有与第一环形凹槽(2.1)相对布置的第二环形凹槽(3.1)，所述第二环形凹槽(3.1)内嵌置有第二垫圈(12)；
所述光学玻璃(7)的两侧通过第一垫圈(11)与第二垫圈(12)夹持固定。
3.根据权利要求1所述的激波管腔内着火过程拍摄系统，其特征在于：所述第一压力传感器(8)的信号输出端与高速摄像机(4)的触发信号输入端之间的电路上设置有第一电荷放大器(13)。
4.根据权利要求1或2或3所述的激波管腔内着火过程拍摄系统，其特征在于：所述第二压力传感器(9)的信号输出端与示波器(6)的第一信号输入通道(6.1)之间的电路上设置有第二电荷放大器(14)。
5.根据权利要求1或2或3所述的激波管腔内着火过程拍摄系统，其特征在于：所述第一压力传感器(8)、第二压力传感器(9)、以及光学窗口(10)位于所述激波管管体(1)的同一径向截面上。
6.根据权利要求5所述的激波管腔内着火过程拍摄系统，其特征在于：所述高速摄像机(4)的焦点位于所述第一压力传感器(8)、第二压力传感器(9)、以及光学窗口(10)所在的激波管管体(1)的同一径向截面上。
7.根据权利要求1或2或3所述的激波管腔内着火过程拍摄系统，其特征在于：所述端盖(3)的中心孔直径与激波管管体(1)的内径相等。
8.根据权利要求1或2或3所述的激波管腔内着火过程拍摄系统，其特征在于：所述管体尾部凸肩(2)与端盖(3)上对应设置有若干个沿周向布置的螺栓通过孔(15)。
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