CN204882418U - 一种基于激光功率稳定后的出光计时装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光功率稳定后的出光计时装置，包括激光器、强光光源、调节杆、三通管、阀门、高压气瓶、紧固螺钉、基座、光电二极管、计时系统、遮光罩、支撑座、第一遮光板组件、第二遮光板组件、紧固螺母和上遮光板。本实用新型成本低廉、简单易维修、工作稳定。由于本实用新型是在激光功率稳定后才开始计时，所以使用本实用新型可以使固体推进剂的点火延迟时间测量的更加精确，实验数据的波动变小，实验结果的可信性提高。

Description

一种基于激光功率稳定后的出光计时装置

技术领域

本实用新型属于固体推进剂激光点火技术，具体涉及一种基于激光功率稳定后的出光计时装置。

背景技术

固体推进剂激光辐照下的点火研究始于上个世纪60年代。《Laser-inducedignitionofsolidpropellantsforgasgenerators》一文中提到，利用光束分离器将LED安装在靠近固体推进剂且可进入录像画面的位置，激光加载的初始时刻由录像中的LED首次发光来记录，通过计算录像中LED首次发光帧与推进剂产生初始火焰帧之间的帧数最终得到点火延迟时间。这种方法的缺点在于：（1）测量精度受到录像设备帧频的限制，且通过人眼判断来得到LED发光初始时刻和固体推进剂点火初始时刻的两帧画面，误差较大；（2）激光刚开始出光时功率是变化的，实际照射到推进剂表面的激光能量并不是测到的激光能量。

中国专利号201410422901.X公开了一种基于固体推进剂激光点火实验的信号采集装置，即将对火焰敏感的光电二极管贴于激光管表面，当激光出光后光电二极管产生电流信号，电流信号传输到计时系统后触发计时。这种结构仍然是在激光不稳定的时候就开始计时，造成可实验数据波动大，实验结果不可靠。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于激光功率稳定后的出光计时装置，解决了由于激光器初始时刻率不稳定造成实验数据跳动大的问题。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于激光功率稳定后的出光计时装置，包括激光器、强光光源、调节杆、三通管、阀门、高压气瓶、紧固螺钉、基座、光电二极管、计时系统、遮光罩、支撑座、第一遮光板组件、第二遮光板组件、紧固螺母和上遮光板；支撑座包括支撑杆和第一底座，支撑杆的杆身上设有凸台，支撑杆底部固定在第一底座上；基座包括圆柱体和第二底座，圆柱体中心设有第一通孔，圆柱体固定在第二底座上；调节杆伸入基座的圆柱体的第一通孔中，通过设置在圆柱体侧壁的紧固螺钉定位；第一遮光板组件包括第一连接环1、第一板身和第一连接凸台，第一连接环和第一连接凸台分别位于第一板身的两端；第二遮光板组件包括第二连接环、第二板身和第二连接凸台，第二连接环和第二连接凸台分别位于第二板身的两端；第一遮光板组件的第一连接环设置在支撑座的支撑杆的凸台顶部，第二遮光板组件的第二连接环设置在位于支撑杆上的第一连接环的顶部，第二连接环顶部通过紧固螺母定位；调节杆杆身设有第二通孔，三通管设置在所述第二通孔内，三通管一端与阀门相连，阀门的另一端连接高压气瓶；三通管的另外两端分别与第一连接凸台和第二连接凸台连接；上遮光板固连在第二遮光板组件的第二板身顶部，激光器位于上遮光板上方；光电二极管位于第一遮光板组件的第一板身下方，通过连接件与调节杆固连，光电二极管位于遮光罩内，遮光罩底部设置在连接件上，顶部与第一遮光板组件接触；遮光罩上方设有强光光源；计时系统与光电二极管连接。

还包括橡胶圈，三通管与第一连接凸台和第二连接凸台连接处分别设有橡胶圈。

所述第一板身和第二板身相互平行，且与底座平行。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：（1）可以使固体推进剂的点火延迟时间更加精确：由于计时系统是在激光功率达到稳定后才让激光照射到推进剂表明并开始及时的，消除了激光功率波动对点火延迟时间的影响，使实验数据更加可靠。

（2）成本低廉。

（3）结构简单，易维修：激光的功率非常高，长时间的照射可以烧蚀金属，所以上遮光板需要经常更换，由于上遮光板通过螺钉固定在第一遮光板组件上，拆卸非常方便。

（4）稳定可靠，不会被误触发，不受使用条件限制：光电二极管外有遮光罩，一方面可以避免外界光源信号波动误触发计时系统，如实验室突然开门，使得光照变强而触发实验系统；另一方面即使在外界光照强度很高的情况下工作，由于遮光罩的存在，光电二极管不会饱和，只有在系统开启的时候才会产生光电流，计时系统才开始工作。

附图说明

图1是本实用新型的基于激光功率稳定后的出光计时装置总体示意图。

图2是本实用新型的基于激光功率稳定后的出光计时装置的俯视图。

图3是本实用新型的基于激光功率稳定后的出光计时装置的第二遮光板组件。

图4是本实用新型的基于激光功率稳定后的出光计时装置第一遮光板组件。

图5是本实用新型的基于激光功率稳定后的出光计时装置的高压气体打开遮光板的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

结合图1~图5，一种基于激光功率稳定后的出光计时装置，包括激光器1、强光光源2、调节杆3、三通管5、阀门6、高压气瓶7、紧固螺钉8、基座9、光电二极管10、计时系统11、遮光罩12、支撑座13、第一遮光板组件14、第二遮光板组件15、紧固螺母16和上遮光板17。支撑座13包括支撑杆和第一底座，支撑杆的杆身上设有凸台，支撑杆底部固定在第一底座上，第一底座固定在试验台上。基座9包括圆柱体和第二底座，圆柱体中心设有第一通孔，圆柱体固定在第二底座上，第二底座固定在试验台上。圆柱体侧壁设有螺纹孔，紧固螺钉8设置在上述螺纹孔内，调节杆3伸入基座9的圆柱体的第一通孔中，通过紧固螺钉8定位。第一遮光板组件14包括第一连接环14-1、第一板身14-2和第一连接凸台14-3，第一连接环14-1和第一连接凸台14-3分别位于第一板身14-2的两端。第二遮光板组件15包括第二连接环15-1、第二板身15-2和第二连接凸台15-3，第二连接环15-1和第二连接凸台15-3分别位于第二板身15-2的两端。第一遮光板组件14的第一连接环14-1设置在支撑座13的支撑杆的凸台顶部，第二遮光板组件15的第二连接环15-1设置在位于支撑杆上的第一连接环14-1的顶部，第二连接环15-1顶部通过紧固螺母16定位。调节杆3杆身设有第二通孔，三通管5设置在所述第二通孔内，三通管5一端与阀门6相连，阀门6的另一端连接高压气瓶7。三通管5的另外两端分别与第一连接凸台14-3和第二连接凸台15-3连接。上遮光板17固连在第二遮光板组件15的第二板身15-2顶部，激光器1位于上遮光板17上方。光电二极管10位于第一遮光板组件14的第一板身14-2下方，通过连接件与调节杆3固连，光电二极管10位于遮光罩12内，遮光罩12底部设置在连接件上，顶部与第一遮光板组件14接触。遮光罩12上方设有强光光源2。计时系统11与光电二极管10连接。

还包括橡胶圈4，三通管5与第一连接凸台14-3和第二连接凸台15-3连接处分别设有橡胶圈4。

第一板身14-2和第二板身15-2均与试验台平行。

计时系统11（市购，瑞典SLOPE-HS4）用于记录光电二极管10产生的电流。

结合图5，将推进剂设置在上遮光板17的下方，使用本实用新型时，首先使用功率计观察激光稳定后，打开阀门6，高压气瓶7中的高压气体通过三通管5后，将第一遮光板组件14与第二遮光板组件15及与第二遮光板组件15相连的上遮光板17吹开，此时激光器1发出的激光照射到推进剂表面，同时强光光源2照射到光电二极管10上，光电二极管10产生电流信号，触发计时系统11，计时系统11开始计时。

实施例1

结合图1~图5，一种基于激光功率稳定后的出光计时装置，包括激光器1、强光光源2、调节杆3、三通管5、阀门6、高压气瓶7、紧固螺钉8、基座9、光电二极管10、计时系统11、遮光罩12、支撑座13、第一遮光板组件14、第二遮光板组件15、紧固螺母16、上遮光板17。支撑座13包括支撑杆和第一底座，支撑杆的杆身上设有凸台，支撑杆底部焊接在第一底座上，第一底座通过螺栓固定在试验台上。基座9包括圆柱体和第二底座，圆柱体中心设有第一通孔，圆柱体焊接在第二底座上，第二底座通过螺栓固定在试验台上。圆柱体侧壁开有螺纹孔，紧固螺钉8设置在上述螺纹孔内，调节杆3伸入基座9的圆柱体的第一通孔中，通过旋紧紧固螺钉8固定调节杆3。第一遮光板组件14包括一体成型的第一连接环14-1、第一板身14-2和第一连接凸台14-3，第一连接环14-1和第一连接凸台14-3分别位于第一板身14-2的两端。第二遮光板组件15包括第二连接环15-1、第二板身15-2和第二连接凸台15-3，第二连接环15-1和第二连接凸台15-3分别焊接第二板身15-2的两端。第一遮光板组件14的第一连接环14-1套在支撑座13的支撑杆的凸台顶部，第二遮光板组件15的第二连接环15-1套在位于支撑杆上的第一连接环14-1的顶部，第二连接环15-1顶部设有紧固螺母16，通过旋紧紧固螺母16，将第一连接环14-1和第二连接环15-1固定。调节杆3杆身设有第二通孔，三通管5固定在所述第二通孔内，三通管5一端与阀门6相连，阀门6的另一端连接高压气瓶7。三通管5的另外两端分别与第一连接凸台14-3和第二连接凸台15-3连接，连接处设有橡胶圈4。第二板身15-2上开有三个螺纹孔，上遮光板17通过螺钉18固连在第二遮光板组件15的第二板身15-2顶部的螺纹孔中，激光器1位于上遮光板17上方。光电二极管10位于第一遮光板组件14的第一板身14-2下方，通过连接件与调节杆3固连，光电二极管10位于遮光罩12内，遮光罩12底部固定在连接件上，顶部与第一遮光板组件14接触，但不影响第一遮光板组件14打开。遮光罩12上方设有强光光源2。计时系统11与光电二极管10连接。

计时系统11（市购，瑞典SLOPE-HS4）用于记录光电二极管10产生的电流。

未使用本实用新型所述的基于激光功率稳定后的出光计时装置时，以激光功率为4W为例，推进剂为NEPE，在氮气环境中做5组NEPE推进剂点火延迟实验，实验数据如表1所示。

表1未使用本实用新型时的实验数据

试样编号	1	2	3	4	5
						点火延迟时间（ms）	54.867	66.366	68.551	41.252	39.089

这组数据的平均值为54.025ms，标准偏差为13.695ms，相对标准偏差为25.35%。相对标准偏差比较大，说明数据波动大，数据的可靠性低。

使用本实用新型所述的基于激光功率稳定后的出光计时装置时，仍以以激光功率为4W为例，推进剂为NEPE，在氮气环境中做5组NEPE推进剂点火延迟实验，实验数据如表2所示。

表2使用本实用新型时的实验数据

试样编号	1	2	4	4	5
						点火延迟时间（ms）	50.259	46.895	68.551	48.562	52.436

这组数据的平均值为50.768ms，标准偏差为3.432ms，相对标准偏差为6.76%。相对标准偏差明显变小，说明数据波动减小数据的可靠性提高。

采用本实用新型的基于激光功率稳定后的出光计时装置，由于计时系统是在激光功率达到稳定后才让激光照射到推进剂表明并开始及时的，消除了激光功率波动对点火延迟时间的影响，使实验数据更加可靠；成本低廉。简单易维修。稳定可靠，不会被误触发，不受使用条件限制：光电二极管外有遮光罩，一方面可以避免外界光源信号波动误触发计时系统，如实验室突然开门，使得光照变强而触发实验系统；另一方面即使在外界光照强度很高的情况下工作，由于遮光罩的存在，光电二极管不会饱和，只有在系统开启的时候才会产生光电流，计时系统才开始工作。

Claims (3)

1.一种基于激光功率稳定后的出光计时装置，其特征在于：包括激光器（1）、强光光源（2）、调节杆（3）、三通管（5）、阀门（6）、高压气瓶（7）、紧固螺钉（8）、基座（9）、光电二极管（10）、计时系统（11）、遮光罩（12）、支撑座（13）、第一遮光板组件（14）、第二遮光板组件（15）、紧固螺母（16）和上遮光板（17）；支撑座（13）包括支撑杆和第一底座，支撑杆的杆身上设有凸台，支撑杆底部固定在第一底座上；基座（9）包括圆柱体和第二底座，圆柱体中心设有第一通孔，圆柱体固定在第二底座上；调节杆（3）伸入基座（9）的圆柱体的第一通孔中，通过设置在圆柱体侧壁的紧固螺钉（8）定位；第一遮光板组件（14）包括第一连接环（14-1）、第一板身（14-2）和第一连接凸台（14-3），第一连接环（14-1）和第一连接凸台（14-3）分别位于第一板身（14-2）的两端；第二遮光板组件（15）包括第二连接环（15-1）、第二板身（15-2）和第二连接凸台（15-3），第二连接环（15-1）和第二连接凸台（15-3）分别位于第二板身（15-2）的两端；第一遮光板组件（14）的第一连接环（14-1）设置在支撑座13的支撑杆的凸台顶部，第二遮光板组件（15）的第二连接环（15-1）设置在位于支撑杆上的第一连接环（14-1）的顶部，第二连接环（15-1）顶部通过紧固螺母（16）定位；调节杆（3）杆身设有第二通孔，三通管（5）设置在所述第二通孔内，三通管（5）一端与阀门（6）相连，阀门（6）的另一端连接高压气瓶（7）；三通管（5）的另外两端分别与第一连接凸台（14-3）和第二连接凸台（15-3）连接；上遮光板（17）固连在第二遮光板组件（15）的第二板身（15-2）顶部，激光器（1）位于上遮光板（17）上方；光电二极管（10）位于第一遮光板组件（14）的第一板身（14-2）下方，通过连接件与调节杆（3）固连，光电二极管（10）位于遮光罩（12）内，遮光罩（12）底部设置在所述连接件上，顶部与第一遮光板组件（14）接触；遮光罩（12）上方设有强光光源（2）；计时系统（11）与光电二极管（10）连接。

2.根据权利要求1所述的基于激光功率稳定后的出光计时装置，其特征在于：还包括橡胶圈（4），三通管（5）与第一连接凸台（14-3）和第二连接凸台（15-3）连接处分别设有橡胶圈（4）。

3.根据权利要求1所述的基于激光功率稳定后的出光计时装置，其特征在于：所述第一板身（14-2）和第二板身（15-2）相互平行，且与底座平行。