CN112834534B - 一种飞片检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞片检测装置，包括：纳秒激光器、气库材料、X射线产生组件和成像组件；气库材料设置在纳秒激光器的出射光路上，气库材料接收纳秒激光器发射的纳秒激光以产生等离子体射流，并将等离子体射流发送到待检测飞片上以驱动待检测飞片缓慢加速飞行；X射线产生组件产生X射线以照射待检测飞片；成像组件设置在X射线产生组件的出射光路上；待检测飞片设置在X射线产生组件和成像组件之间；成像组件对接收到的X射线进行滤波得到设定能段的X射线，并根据设定能段的X射线对待检测飞片的侧向飞行姿态成像。本发明保持了待检测飞片的完整性，提高了待检测飞片侧向飞行姿态X光图像的对比度和空间分辨力。

Description

一种飞片检测装置

技术领域

本发明涉及飞片研究技术领域，特别是涉及一种飞片检测装置。

背景技术

激光驱动飞片加载技术是一种重要的动高压加载技术，与激光直接加载相比，飞片加载没有附带的X射线和超热电子预热，可以在样品内产生干净的冲击波。与传统的飞片驱动方式，如轻气炮、炸药爆轰驱动、电爆炸驱动以及磁驱动等相比，激光驱动飞片技术具有一些独特的优势：(1)激光驱动飞片加速动力因素较小，设备可以更紧凑，实验的破坏性比较低，没有附带损害，可以有效降低实验成本；(2)可获得更高的飞片速度；(3)加速过程更短，可以同时开展飞片的加速和撞击过程测量；(4)实验的时间间隔短，可重复性高；(5)易于开展小样品、有毒、放射性和昂贵材料的相关实验研究。因此，随着激光技术的快速发展，激光驱动飞片技术逐渐成为研究的热点，并被广泛应用于快速成型工艺、空间碎片模拟以及点火起爆等领域。

过去，通常使用激光直接烧蚀驱动高速飞片的方式，由于加载速度过快，飞片温升严重，虽然飞片速度较高，但飞片很容易熔化和破碎，丧失完整性。随着研究的深入和应用需求的提升，这种方式产生的飞片已经不能够满足实际需求。此外，目前对激光驱动飞片参数的表征主要是自由面速度测量，尚缺乏对飞片飞行姿态和完整性的直接观测。

为了获取飞片的内部结构信息，采用激光驱动的X射线透视成像是一种有效的探测手段，但前述研究中，主要利用纳秒(ns)激光激发X射线，其产生的X射线时间尺度也在ns量级，对于速度几km/s的飞片，曝光时间内飞片的位移将达到数微米，与飞片厚度相当，从而导致X射线透视图像发生动态模糊，降低成像的空间分辨及图像清晰度；加上源尺寸较大，难以实现高时空分辨及大视场成像。

因此，现有的飞片检测装置存在飞片缺乏完整性、飞片的侧向飞行姿态图像的对比度和空间分辨力低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞片检测装置，纳秒激光通过气库材料后再与待检测飞片作用，保持待检测飞片的完整性，结合X射线产生组件和成像组件，提高待检测飞片侧向飞行姿态X光图像的对比度和空间分辨力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种飞片检测装置，包括：纳秒激光器、气库材料、X射线产生组件和成像组件；

所述纳秒激光器用于发射纳秒激光；所述气库材料设置在所述纳秒激光器的出射光路上，所述气库材料用于接收所述纳秒激光以产生等离子体射流，并将所述等离子体射流发送到待检测飞片上以驱动所述待检测飞片加速飞行；所述X射线产生组件用于产生X射线以照射所述待检测飞片；所述成像组件设置在所述X射线产生组件的出射光路上；所述待检测飞片设置在所述X射线产生组件和所述成像组件之间；所述成像组件用于对接收到的X射线进行滤波得到设定能段的X射线，并根据所述设定能段的X射线对所述待检测飞片的侧向飞行姿态成像。

可选的，还包括：连续相位板；所述连续相位板设置在所述纳秒激光器和所述气库材料之间；所述连续相位板用于对所述纳秒激光进行束匀滑。

可选的，还包括：光子多普勒速度仪，所述光子多普勒速度仪位于所述待检测飞片的自由面的一侧且距离所述待检测飞片为预设距离；所述光子多普勒速度仪用于发出探测光，以探测所述待检测飞片的运动速度。

可选的，所述X射线产生组件包括：皮秒激光器、抛物面镜和背光靶，所述皮秒激光器用于产生皮秒入射激光；所述抛物面镜设置在所述皮秒激光器的出射光路上，所述抛物面镜用于聚焦并反射所述皮秒入射激光形成皮秒反射激光；所述背光靶设置在所述皮秒反射激光光路上，所述背光靶用于根据所述皮秒反射激光产生所述X射线照射所述待检测飞片。

可选的，所述成像组件包括：X射线相机和成像板，所述X射线相机设置在所述成像板的成像面的前端，所述X射线相机用于对接收到的X射线进行滤波，并对滤波后得到的设定能段的X射线进行拍摄，得到拍摄照片；所述成像板用于对所述拍摄照片成像，得到所述待检测飞片的侧向飞行姿态X光图像。

可选的，所述X射线相机包括：滤片，所述滤片用于对所述X射线进行滤波得到设定能段的X射线；所述设定能段为5keV-100keV。

可选的，所述背光靶的材料为铜丝。

可选的，所述待检测飞片的材料为铝，所述待检测飞片的直径小于1mm，所述待检测飞片的厚度为20μm～50μm。

可选的，所述探测光的波长为1550nm。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种飞片检测装置，包括：纳秒激光器、气库材料、X射线产生组件和成像组件；气库材料设置在纳秒激光器的出射光路上，气库材料接收纳秒激光器发射的纳秒激光以产生等离子体射流，并将等离子体射流发送到待检测飞片上以驱动待检测飞片缓慢加速飞行；X射线产生组件产生X射线以照射待检测飞片；成像组件设置在X射线产生组件的出射光路上；待检测飞片设置在X射线产生组件和成像组件之间；成像组件对接收到的X射线进行滤波得到设定能段的X射线，并根据设定能段的X射线对待检测飞片的侧向飞行姿态成像。本发明中纳秒激光先通过气库材料后再与待检测飞片作用，保持了待检测飞片的完整性，结合X射线产生组件和成像组件，提高了待检测飞片侧向飞行姿态X光图像的对比度和空间分辨力。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的飞片检测装置的结构图。

符号说明：1-纳秒激光器，2-气库材料，3-待检测飞片，4-连续相位板，5-光子多普勒速度仪，6-皮秒激光器，7-抛物面镜，8-背光靶，9-X射线相机，10-成像板。

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。

本发明的目的是提供一种飞片检测装置，旨在保持待检测飞片的完整性，提高待检测飞片侧向飞行姿态X光图像的对比度和空间分辨力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的飞片检测装置的结构图。如图1所示，本实施例中的飞片检测装置包括：纳秒激光器1、气库材料2、X射线产生组件和成像组件。

纳秒激光器1用于发射纳秒激光；该纳米激光的能量小于100J，功率密度为10¹²W/cm²；气库材料2设置在纳秒激光器1的出射光路上，气库材料2用于接收纳秒激光以产生等离子体射流，并将等离子体射流发送到待检测飞片3上以驱动待检测飞片3缓慢加速飞行；X射线产生组件用于产生X射线以照射待检测飞片3；成像组件设置在X射线产生组件的出射光路上；待检测飞片3设置在X射线产生组件和成像组件之间；成像组件用于对接收到的X射线进行滤波得到设定能段的X射线，并根据设定能段的X射线对待检测飞片3的侧向飞行姿态成像。

具体的，纳秒激光烧蚀气库材料2的加载面并驱动一束冲击波在气库材料2的内部传播，随着传播距离的增加，冲击波不断衰减而成为衰减冲击波，该衰减冲击波到达气库材料2的自由面时发生卸载并往回反射一束稀疏波，在稀疏波的拉伸作用下，气库材料2离化并以等离子体射流的形态往真空下游运动，等离子体射流到达待检测飞片3的加载面，并在待检测飞片3上不断堆积，在待检测飞片3的内部产生压缩波，压缩波在待检测飞片3的内部来回反射驱动待检测飞片3缓慢加速飞行，待检测飞片3的加速上升沿可达100ns，待检测飞片3的温升小，可以保持完整性。

作为一种可选的实施方式，还包括：连续相位板4；连续相位板4设置在纳秒激光器1和气库材料2之间；连续相位板4用于对纳秒激光进行束匀滑。

具体的，连续相位板4对纳秒激光进行束匀滑，得到直径1mm且空间强度均匀分布的焦斑。

作为一种可选的实施方式，还包括：光子多普勒速度仪5位于待检测飞片3的自由面的一侧且距离待检测飞片3为预设距离；光子多普勒速度仪5用于发出波长为1550nm的探测光，以探测待检测飞片3的运动速度，光子多普勒速度仪5设置在距离待检测飞片3的自由面所在的直线3mm-10mm处，自由面和加载面相对。

作为一种可选的实施方式，X射线产生组件包括：皮秒激光器6、抛物面镜7和背光靶8，皮秒激光器6用于产生皮秒入射激光；抛物面镜7设置在皮秒激光器6的出射光路上，抛物面镜7用于聚焦并反射皮秒入射激光形成皮秒反射激光；背光靶8设置在皮秒反射激光光路上，背光靶8用于根据皮秒反射激光产生X射线照射待检测飞片3。

具体的，抛物面镜7将皮秒入射激光反射聚焦后，再与背光靶8作用，从而产生X射线源，该X射线源的焦点直径小于10微米。X射线源发出的X射线为连续谱，光子能量范围为1keV-1000keV，其中包含Ka射线。在实际应用中，为防止高能激光打靶产生质子对成像产生影响，控制皮秒激光的能量小于50J。

作为一种可选的实施方式，成像组件包括：X射线相机9和成像板10，X射线相机9设置在成像板10的成像面的前端，X射线相机9用于对接收到的X射线进行滤波，并对滤波后得到的设定能段的X射线进行拍摄，得到拍摄照片；成像板10用于对拍摄照片成像，得到待检测飞片3的侧向飞行姿态X光图像。

具体的，通过X射线相机9中物像距的设置使得成像视场为3mm*3mm，此时得到的待检测飞片3的侧向飞行姿态X光图像的对比度和空间分辨力高。

作为一种可选的实施方式，X射线相机9包括：滤片，滤片用于对X射线进行滤波得到设定能段的X射线；设定能段为5keV-100keV。其中，滤片的材料为钛、铜等，滤片的厚度为5μm-50μm。

作为一种可选的实施方式，背光靶8的材料为铜丝。

作为一种可选的实施方式，待检测飞片3的材料为铝，待检测飞片3的直径小于1mm，待检测飞片3的厚度为20μm～50μm。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文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装置及其核心思想；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 (7)

1.一种飞片检测装置，其特征在于，包括：纳秒激光器、气库材料、X射线产生组件和成像组件；

所述纳秒激光器用于发射纳秒激光；所述气库材料设置在所述纳秒激光器的出射光路上，所述气库材料用于接收所述纳秒激光以产生等离子体射流，并将所述等离子体射流发送到待检测飞片上以驱动所述待检测飞片加速飞行；所述X射线产生组件用于产生X射线以照射所述待检测飞片；所述成像组件设置在所述X射线产生组件的出射光路上；所述待检测飞片设置在所述X射线产生组件和所述成像组件之间；所述成像组件用于对接收到的X射线进行滤波得到设定能段的X射线，并根据所述设定能段的X射线对所述待检测飞片的侧向飞行姿态成像；

所述X射线产生组件包括：皮秒激光器、抛物面镜和背光靶，所述皮秒激光器用于产生皮秒入射激光；所述抛物面镜设置在所述皮秒激光器的出射光路上，所述抛物面镜用于聚焦并反射所述皮秒入射激光形成皮秒反射激光；所述背光靶设置在所述皮秒反射激光光路上，所述背光靶用于根据所述皮秒反射激光产生所述X射线照射所述待检测飞片；所述皮秒入射激光的能量小于50J；

所述成像组件包括：X射线相机和成像板，所述X射线相机设置在所述成像板的成像面的前端，所述X射线相机用于对接收到的X射线进行滤波，并对滤波后得到的设定能段的X射线进行拍摄，得到拍摄照片；所述成像板用于对所述拍摄照片成像，得到所述待检测飞片的侧向飞行姿态X光图像；所述X射线相机中成像视场为3mm*3mm。

2.根据权利要求1所述的飞片检测装置，其特征在于，还包括：连续相位板；所述连续相位板设置在所述纳秒激光器和所述气库材料之间；所述连续相位板用于对所述纳秒激光进行束匀滑。

3.根据权利要求1所述的飞片检测装置，其特征在于，还包括：光子多普勒速度仪，所述光子多普勒速度仪位于所述待检测飞片的自由面的一侧且距离所述待检测飞片为预设距离；所述光子多普勒速度仪用于发出探测光，以探测所述待检测飞片的运动速度。

4.根据权利要求1所述的飞片检测装置，其特征在于，所述X射线相机包括：滤片，所述滤片用于对所述X射线进行滤波得到设定能段的X射线；所述设定能段为5keV-100keV。

5.根据权利要求1所述的飞片检测装置，其特征在于，所述背光靶的材料为铜丝。

6.根据权利要求1所述的飞片检测装置，其特征在于，所述待检测飞片的材料为铝，所述待检测飞片的直径小于1mm，所述待检测飞片的厚度为20μm～50μm。

7.根据权利要求3所述的飞片检测装置，其特征在于，所述探测光的波长为1550nm。

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