CN112255268B - 一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，涉及含能材料在激光刺激下的热爆炸性以及激光技术领域，典型含能材料的应激反应、与常规加热的差异以及壳体对含能材料激光感度的影响规律。本发明的试验成本低，操作方便，安全性高；所需药量少，产生较少污染，且采用可更换的样品池，对反应腔钢板表面进行涂黑磨砂处理，降低了激光对装置的伤害和损耗。试验结果将更好地用于激光引爆炸药反应机理研究，为含能材料激光热刺激下的安全性、激光点火技术乃至未来激光武器的防护提供技术支撑。

Description

一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法

技术领域

本发明涉及含能材料在激光刺激下的热爆炸性以及激光技术领域，特别是涉及一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法。

背景技术

炸药热爆炸是最简单的爆炸现象，通过热刺激生产热点，进而引发整体爆炸，脉冲激光直接照射炸药也是热爆炸机理，激光的热作用就是材料吸收激光能量后，形成的无辐射跃迁导致光热效应，相继引发热化学反应，宏观上表现为材料温度的升高。由于激光光纤输出的激光所形成的光斑面积很小，当激光的功率足够高时，激光能量将在短时间和小面积范围内被材料表面薄层吸收，在材料内部这一小空间里，激光能转化为热能的速率远大于材料热扩散的速率，而形成含能材料内局部的高温区域一“热点”，最终达到着火温度。

目前的热爆炸试验类型主要是烤燃试验，研究激光热刺激的反应机理的装置很少，并且根据已有资料表明，利用激光刺激含能材料进行试验的装置大多冗杂，占地面积大且危险性高，对人和设备都具有一定的危险。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种操作简单、安全性能高且用于研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，包括以下步骤：

步骤1：调整激光器位置，搭建红外热成像仪以及高速摄像机；

步骤2：样品放入样品池中，并将样品池在反应腔内的样品槽固定，称取样品的初始质量m0以及样品和样品池的总质量m；

步骤3：远程控制激光器出光；

步骤4：试验结束后，关闭激光器，取样称重m1。

可选的，所述的步骤1中，各设备安装调试步骤如下：

步骤1.1：将激光控制面板放置在远离试验台的监控室内，通过光纤连接控制面板和激光准直镜，调整卡扣，固定好光纤连接口防止弯曲；

步骤1.2：固定激光准直镜的保护窗片；调整焦点，并使指示光对准样品池正中心；

步骤1.3：将高速摄像机和红外热成像仪放在反应腔敞口一侧，对准样品反应位置，用来记录样品反应过程。

可选的，调整焦点，并使指示光对准样品池正中心的具体操作为：打开激光器，戴好护目镜出激光，利用红外陶瓷片感应激光，调整准直器所在的孔槽使感应到的激光在样品槽距离处达到最小最清晰；再关掉激光，出指示光，利用激光架上的滚轴前后左右移动，使得指示光对准样品池中心。

可选的，所述的步骤2中，装药具体步骤如下：

步骤2.1：将样品装入可更换的样品池中，记录样品初始质量m0以及样品池和样品总质量m；

步骤2.2：将样品池固定在反应腔内的样品槽里后，关闭反应腔取放样品一侧的提拉门。

可选的，出光功率和时长的具体操作为：控制一定时长，判断开始反应的功率，逐步加大功率试验，以此来确定样品的激光感度，通过高速摄像机以及红外热成像仪得到样品的点火延滞期，升温速率和温度变化情况。

可选的，所述的步骤3中，出光具体步骤如下：

步骤3.1：戴好护目镜，进入监控室，打开激光器控制面板；

步骤3.2：设定好相应的功率和时长，开始出光。

可选的，所述的步骤4中，试验结束后具体步骤如下：

步骤4.1：待一组试验结束后，先关闭激光器，称量反应完的样品和样品池总质量m1；

步骤4.2：更换样品池，进行下一组试验；

步骤4.3：记录初始样品质量m0，以及样品损耗质量(m1-m)；

步骤4.4：所有试验结束后，关闭激光器，取走样品池，将激光器的镜头用无尘布包覆起来。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

含能材料在激光刺激下的研究试验，从新的角度评估含能材料热爆炸性能，同时通过几种典型含能材料在激光刺激下的反应机理可以作为研究激光点火、激光武器的初步试验平台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法的结构示意图；

图2为本发明研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法中激光试验台的结构示意图。

附图标记说明：1-固定板，2-滑轮，3-卡扣，4-止螺，5-滑轨，6-激光光纤，7-激光准直镜，8-孔槽，9-支撑杆，10-提拉门，11-挡板，12-固定孔，13-样品池，14-样品槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，包括以下步骤：

步骤1：调整激光器位置，搭建红外热成像仪以及高速摄像机；

各设备安装调试步骤如下：

步骤1.1：将激光控制面板放置在远离试验台的监控室内，通过光纤连接控制面板和激光准直镜，调整卡扣，固定好光纤连接口防止弯曲；

步骤1.2：固定激光准直镜的保护窗片；调整焦点，并使指示光对准样品池正中心；

调整焦点，并使指示光对准样品池正中心的具体操作为：打开激光器，戴好护目镜出激光，利用红外陶瓷片感应激光，调整准直器所在的孔槽使感应到的激光在样品槽距离处达到最小最清晰；再关掉激光，出指示光，利用激光架上的滚轴前后左右移动，使得指示光对准样品池中心

步骤1.3：将高速摄像机和红外热成像仪放在反应腔敞口一侧，对准样品反应位置，用来记录样品反应过程。

步骤2：样品放入样品池中，并将样品池在反应腔内的样品槽固定，称取样品的初始质量以及样品和样品池的总质量；

装药具体步骤如下：

步骤2.1：将样品装入可更换的样品池中，记录样品初始质量m0以及样品池和样品总质量m；

步骤2.2：将样品池固定在反应腔内的样品槽里后，关闭反应腔取放样品一侧的提拉门。

出光功率和时长的具体操作为：控制一定时长，判断开始反应的功率，逐步加大功率试验，以此来确定样品的激光感度，通过高速摄像机以及红外热成像仪得到样品的点火延滞期，升温速率和温度变化情况。

步骤3：远程控制激光器出光；

出光具体步骤如下：

步骤3.1：戴好护目镜，进入监控室，打开激光器控制面板；

步骤3.2：设定好相应的功率和时长，开始出光。

步骤4：试验结束后，关闭激光器，取样称重；

试验结束后具体步骤如下：

步骤4.1：待一组试验结束后，先关闭激光器，称量反应完的样品和样品池总质量m1；

步骤4.2：更换样品池，进行下一组试验；

步骤4.3：记录初始样品质量m0，以及样品损耗质量(m1-m)；

步骤4.4：所有试验结束后，关闭激光器，取走样品池，将激光器的镜头用无尘布包覆起来。

本实施例提供激光试验台，包括激光固定部件和反应腔；激光准直镜7设置于所述激光固定部件上，所述反应腔设置于所述激光固定部件的下方。

于具体实施例中，反应腔底部设置有台架，台架用于支撑整个设备，反应腔与激光固定部件之间通过支撑杆9相连接，从而保证激光准直镜7与样品之间保持固定距离。

所述的激光固定部件包括固定板1和滑轨5；固定板1的两端的上部和下部分别设置一个滑轨5，固定板1的四角分别通过一个滑轮2与相对应的滑轨5相连接，从而使固定板1能够沿滑轨5左右移动，通过在滑轮2的中间轴上设置止螺4，拧紧止螺4锁紧滑轮2，使固定板1固定在滑轨5上，拧松止螺4，使滑轮2能够转动，从而可以调整固定板1在滑轨5上的位置。

所述固定板1上设置有多个孔槽8，所述多个孔槽8沿水平方向的不同高度并列设置，所述激光准直镜7通过螺栓和螺母与所述多个孔槽8可拆卸连接。通过调节螺母，激光准直镜7可以固定在不同高度的孔槽8上，也可以固定在孔槽8的不同位置，从而能够改变激光准直镜7的高度和前后位置，以适应不同的使用要求。

所述固定板1上设置有一卡扣3，所述卡扣3用于固定所述激光准直镜7的激光光纤6。

所述反应腔内底部设置有一样品槽14，所述样品槽14内设置有样品池13。样品池13主要为带有一凹槽的金属块，凹槽形状并不固定，可根据被试样品的物理状态、大小、质量而定；样品池13能够放置于样品槽14内，样品池13为一次性用品，经过一次试验之后即换新，以防止激光损伤样品槽14；样品池13所用材料不得与被试样品发生反应，整个样品池13均涂覆有黑色磨砂涂料，用以吸收过剩的激光。

所述反应腔的一对侧面上设置有挡板11，所述反应腔的另一对侧面中的一个侧面设置有提拉门10，另一个侧面设置有高速摄像机或红外摄像机。当其布设了摄影机时，应当在摄影机镜头前加装防护措施以保护镜头，若无需布设摄影机，则需将此面面朝墙体或空旷区域。

所述反应腔内侧壁上涂覆有黑色磨砂涂料，用以吸收过剩的激光。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：调整激光器位置，搭建红外热成像仪以及高速摄像机；

步骤2：样品放入样品池中，并将样品池在反应腔内的样品槽固定，称取样品的初始质量m0以及样品和样品池的总质量m；

步骤3：远程控制激光器出光；

步骤4：试验结束后，关闭激光器，取样称重m1；

所述的步骤1中，各设备安装调试步骤如下：步骤1.1：将激光控制面板放置在远离试验台的监控室内，通过光纤连接控制面板和激光准直镜，调整卡扣，固定好光纤连接口防止弯曲；

步骤1.2：固定激光准直镜的保护窗片；调整焦点，并使指示光对准样品池正中心；

步骤1.3：将高速摄像机和红外热成像仪放在反应腔敞口一侧，对准样品反应位置，用来记录样品反应过程；

调整焦点，并使指示光对准样品池正中心的具体操作为：打开激光器，戴好护目镜出激光，利用红外陶瓷片感应激光，调整准直器所在的孔槽使感应到的激光在样品槽距离处达到最小最清晰；再关掉激光，出指示光，利用激光架上的滚轴前后左右移动，使得指示光对准样品池中心。

2.根据权利要求1所述的研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，其特征在于，所述的步骤2中，装药具体步骤如下：步骤2.1：将样品装入可更换的样品池中，记录样品初始质量m0以及样品池和样品总质量m；

步骤2.2：将样品池固定在反应腔内的样品槽里后，关闭反应腔取放样品一侧的提拉门。

3.根据权利要求2所述的研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，其特征在于，出光功率和时长的具体操作为：控制一定时长，判断开始反应的功率，逐步加大功率试验，以此来确定样品的激光感度，通过高速摄像机以及红外热成像仪得到样品的点火延滞期，升温速率和温度变化情况。

4.根据权利要求1所述的研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，其特征在于，所述的步骤3中，出光具体步骤如下：步骤3.1：戴好护目镜，进入监控室，打开激光器控制面板；

步骤3.2：设定好相应的功率和时长，开始出光。

5.根据权利要求1所述的研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法，其特征在于，所述的步骤4中，试验结束后具体步骤如下：步骤4.1：待一组试验结束后，先关闭激光器，称量反应完的样品和样品池总质量m1；

步骤4.2：更换样品池，进行下一组试验；

步骤4.3：记录初始样品质量m0，以及样品损耗质量m1-m；

步骤4.4：所有试验结束后，关闭激光器，取走样品池，将激光器的镜头用无尘布包覆起来。