CN211785382U - 一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于火炮寿命研究技术领域，特别涉及一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，包括监控系统、脉冲激光发生系统、检测系统和光学元件调节系统；所述脉冲激光发生系统用于发出周期和占空比可调的脉冲激光，并通过所述光学元件调节系统入射至工作台，对工作台上的工件进行加热；所述检测系统用于对脉冲激光的激光功率、工件温度、表面烧蚀情况进行实时检测，并将检测数据发送至所述监控系统；所述监控系统用于将所述脉冲激光发生系统和检测系统发送的数据进行处理和显示。本实用新型利用激光的高度可控性，可以准确控制身管表面加热的温度，提高了身管热烧蚀研究的试验效率。

Description

一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统

技术领域

本实用新型属于火炮寿命研究技术领域，特别涉及一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统。

背景技术

身管是火炮的关键和重要部件，承载着高温、高压、高速的火药燃气，身管的性能和寿命是火炮寿命的重点研究对象。身管的烧蚀性能是制约身管寿命的最主要因素。身管烧蚀磨损破坏是在热因素的主导下，众多因素综合作用或交互作用的结果。

现阶段对身管热烧蚀的研究主要是进行实弹试验，在此条件下对身管进行热烧蚀研究，会耗费大量的时间、弹药、人员和费用，并且难以观测到身管发生热烧蚀的动态变化过程。

由于激光的发射能力强和能量的高度集中，将中等强度的激光束经过会聚，可在焦点处产生几千到几万度的高温，可作为热源应用与很多场合。同时激光还具有高度可控性，可以通过单片机编程灵活的设置激光脉冲的周期与占空比，因此，激光技术在很多领域得到了应用。但目前尚未应用于身管热烧蚀研究中，因此，需要提供一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，以提高身管热烧蚀研究的试验效率。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，通过激光加热来模拟火炮发射时身管的热烧蚀现象，通过模拟试验观测身管发生热烧蚀的动态变化过程，开展火炮身管的寿命预测、故障诊断等研究，为身管热烧蚀机理与火炮寿命研究提供新方法和有效手段，达到节约人力、物力、财力的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，包括监控系统、脉冲激光发生系统检测系统光学元件调节系统

所述脉冲激光发生系统用于发出周期和占空比可调的脉冲激光，并通过所述光学元件调节系统入射至工作台，对工作台上的工件进行加热；所述检测系统用于对脉冲激光的激光功率、工件温度、表面烧蚀情况进行实时检测，并将检测数据发送至所述监控系统；所述监控系统用于将所述脉冲激光发生系统和检测系统发送的数据进行处理和显示。

所述脉冲激光发生系统包括单片机和脉冲激光器，所述脉冲激光器发出的脉冲激光通过光纤发射脉冲激光到光学元件调节系统，所述单片机用于控制所述脉冲激光器发出的脉冲激光的周期、占空比和波形。

所述单片机与所述监控系统连接，用于将所述脉冲激光器发出的脉冲激光的周期、占空比和波形信号发送至所述监控系统。

所述光学元件调节系统包括分光器件、激光功率计和输出透镜，所述脉冲激光发生系统发出的脉冲激光经分光器件后分为两束，一束入射至所述激光功率计探测脉冲器光的功率起伏，另一束经所述输出透镜后入射至工件。

所述分光器件包括半波片和偏振分束镜。

所述输出透镜用于调节脉冲激光的光斑大小，以调节加热面积的大小。

所述光学元件调节系统还包括光隔离器，所述光隔离器用于隔离返回所述脉冲激光发生系统的激光。

所述检测系统包括激光功率计、非接触式测温仪和CCD相机，所述非接触式测温仪用于测量工件表面温度，所述CCD相机用于检测得到工件表面烧蚀的光学影像，激光功率计用于测量所述脉冲激光的功率起伏。

所述监控系统包括处理器和显示器，所述处理器用于接收所述脉冲激光发生系统发出的脉冲次数信号，以及检测系统发送的激光功率起伏数据、工件表面温度数据、工件表面烧蚀的光学影像数据，并将接收收据发送到所述显示器显示；还用于将工件表面烧蚀的光学影像数据转化为数字信号后发送到所显示器显示。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型提供了一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，可以对身管进行热烧蚀研究，开展火炮身管的寿命预测、故障诊断等研究工作。利用激光的高度可控性,通过设置激光脉冲的周期、占空比和波形,从而准确的控制身管表面加热的温度，来模拟火炮连续发射数枚炮弹，利用检测系统来观测身管发生热烧蚀的动态过程，为身管热烧蚀机理与火炮寿命研究提供新方法和有效手段，达到节约人力、物力、财力的目的。本实用新型提供的脉冲激光加热系统系统，集调节加热温度、加热面积、实时监控加热的动态情况于一体，通过该系统模拟火炮发射时产生的热烧蚀现象，可以实时监控身管发生热烧蚀的动态过程。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统的光路图；

图中：10-监控系统、20-脉冲激光发生系统、30-检测系统、40-光学元件调节系统；1-脉冲激光器、2-光纤、3-半波片、4-偏振分光镜、5-激光功率计、6-光隔离器、7-输出透镜、8-工件、9-工作台。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1~2所示，本实用新型实施例提供了一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，包括监控系统10、脉冲激光发生系统20、检测系统30和光学元件调节系统40；所述脉冲激光发生系统20用于发出周期和占空比可调的脉冲激光，并通过所述光学元件调节系统40入射至工作台，对工作台上的工件8进行加热；所述检测系统30用于对脉冲激光的激光功率、工件温度、表面烧蚀情况进行实时检测，并将检测数据发送至所述监控系统10；所述监控系统10用于将所述脉冲激光发生系统20和检测系统30发送的数据进行处理和显示。

具体地，本实施例中，所述脉冲激光发生系统20包括单片机和脉冲激光器1。如图2所述脉冲激光器1发出的脉冲激光通过光纤2发射脉冲激光到光学元件调节系统40，其中，所述单片机用于控制所述脉冲激光器1发出的脉冲激光的周期、占空比和波形。单片机用于控制脉冲激光器的输出光束特征，通过单片机可以灵活设置激光脉冲的周期、占空比和波形，从而准确的控制身管表面加热的温度，模拟火炮连续发射炮弹时身管受高温冲击，同时通过设置参数的不同可实现对不同发射频率的模拟。同时与监控系统相连接，通过单片机对脉冲激光器的运行情况监控可以显示激光加热的脉冲次数（即模拟的火炮发射的炮弹数）。

进一步地，本实施例中，所述单片机与所述监控系统10连接，用于将所述脉冲激光器1发出的脉冲激光的周期、占空比和波形信号发送至所述监控系统进行处理和显示。

进一步地，如图2所示，本实施例中，所述光学元件调节系统40包括分光器件、激光功率计5和输出透镜7，所述脉冲激光器1发出的脉冲激光经分光器件后分为两束，一束入射至所述激光功率计5探测脉冲器光的功率起伏，另一束经所述输出透镜7后入射至工件8。其中，激光功率计探测其中一束光的功率起伏，则也表征了入射到工件表面的激光功率起伏，通过标定两束光的功率比，即可以得到入射到工件表面的激光功率大小。

进一步地，如图2所示，本实施例中，所述分光器件包括半波片3和偏振分束镜4。通过半波片与偏振分束镜的设置，可以方便地调节入射到工件表面的激光功率。

具体地，本实施例中，所述输出透镜7用于调节脉冲激光的光斑大小，以调节加热面积的大小。

具体地，如图2所示，所述光学元件调节系统40还包括光隔离器6，所述光隔离器6用于隔离返回所述脉冲激光发生系统20的激光。光隔离器可以设置在偏振分束镜4与输出透镜7之间，也可以设置在脉冲激光器1与偏振分束镜4之间，光隔离器只允许光向一个方向通过，可阻挡激光的反射对脉冲激光器造成的损害，提高激光器的输出激光稳定性和激光器寿命。

具体地，本实施例中，所述检测系统30包括激光功率计、非接触式测温仪和CCD相机，所述非接触式测温仪用于测量工件表面温度，所述CCD相机用于检测得到工件表面烧蚀的光学影像，激光功率计用于测量所述脉冲激光的功率起伏。

进一步地，本实施例中，所述监控系统包括处理器和显示器，所述处理器用于接收所述脉冲激光发生系统20发出的脉冲次数信号，以及检测系统30发送的激光功率起伏数据、工件表面温度数据、工件表面烧蚀的光学影像数据，并将接收收据发送到所述显示器显示；还用于将工件表面烧蚀的光学影像数据转化为数字信号后发送到所显示器显示。

本实用新型旨在提供一种研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，将脉冲激光作为热源，照射到物体表面来加热工件。系统中通过灵活设置激光脉冲的周期、占空比和波形，从而准确的控制身管表面加热的温度，模拟火炮连续发射炮弹时身管受高温冲击。同时通过设置不同的参数可实现对不同发射频率的模拟，从而来研究火炮身管发生的热烧蚀现象。

脉冲激光器发射激光经过光纤聚焦，照射到半波片上进行调节分光，再通过偏振分光镜，并被偏振分光镜分成激光束一和激光束二。其中激光束一照射到激光功率计上，激光功率计就可计量出激光功率。激光束二通过光隔离器，光隔离器只允许光向一个方向通过，可阻挡激光的反射。最后激光通过输出透镜，它可调节加热面积的大小。经过光学元件调光系统照射在工件表面，利用光能转化为热能将照射区加热从而使工件表面产生热烧蚀。在工件周围设置有非接触式测温仪和CCD相机。

控制脉冲激光器的单片机、激光功率计、检测系统均与监控系统相连接，它们将检测到的数据实时传输到监控系统，监控系统就可实时的将脉冲激光器、检测系统、激光功率计反馈回的数据（温度、功率、工件表面信号等）进行处理与显示。监控系统通过激光功率计反馈的数据显示激光功率的大小；通过脉冲激光器中和单片机自编程序的运行情况监控显示激光加热的脉冲次数（即模拟的火炮发射的炮弹数）；通过非接触式测温仪传输过来的数据，实时显示当前最低温、最高温、温差等；通过CCD相机将烧蚀的光学影像转化为数字信号，再经过处理显示出身管烧蚀的表面变化情况。

本实用新型提供一种研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，有利于开展火炮身管的寿命预测、故障诊断等工作的研究。利用激光的高度可控性，通过单片机设置激光脉冲的周期、占空比和波形，从而准确的控制身管表面加热的温度，来模拟火炮连续发射数枚炮弹，利用检测系统来观测身管发生热烧蚀的动态过程，提高了试验效率。本实用新型集调节加热温度、加热面积、实时监控加热的动态情况于一体，通过模拟火炮发射时产生的热烧蚀现象，实时监控身管发生热烧蚀的动态过程。此实用新型还可实现对不同发射频率的模拟，简化了试验的条件，节约了资源，节省了试验费用，具有较高的实用价值，为身管热烧蚀机理与火炮寿命研究提供新方法和有效手段。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，包括监控系统（10）、脉冲激光发生系统（20）、检测系统（30）和光学元件调节系统（40）；

所述脉冲激光发生系统（20）用于发出周期和占空比可调的脉冲激光，并通过所述光学元件调节系统（40）入射至工作台，对工作台上的工件（8）进行加热；所述检测系统（30）用于对脉冲激光的激光功率、工件温度、表面烧蚀情况进行实时检测，并将检测数据发送至所述监控系统（10）；所述监控系统（10）用于将所述脉冲激光发生系统（20）和检测系统（30）发送的数据进行处理和显示。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述脉冲激光发生系统（20）包括单片机和脉冲激光器（1），所述脉冲激光器（1）发出的脉冲激光通过光纤（2）发射脉冲激光到光学元件调节系统（40），所述单片机用于控制所述脉冲激光器（1）发出的脉冲激光的周期、占空比和波形。

3.根据权利要求2所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述单片机与所述监控系统连接，用于将所述脉冲激光器（1）发出的脉冲激光的周期、占空比和波形信号发送至所述监控系统。

4.根据权利要求1所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述光学元件调节系统（40）包括分光器件、激光功率计（5）和输出透镜（7），所述脉冲激光发生系统（20）发出的脉冲激光经分光器件后分为两束，一束入射至所述激光功率计（5）探测脉冲器光的功率起伏，另一束经所述输出透镜（7）后入射至工件（8）。

5.根据权利要求4所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述分光器件包括半波片（3）和偏振分束镜（4）。

6.根据权利要求4所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述输出透镜（7）用于调节脉冲激光的光斑大小，以调节加热面积的大小。

7.根据权利要求4所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述光学元件调节系统（40）还包括光隔离器（6），所述光隔离器用于隔离返回所述脉冲激光发生系统（20）的激光。

8.根据权利要求1所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述检测系统（30）包括激光功率计、非接触式测温仪和CCD相机，所述非接触式测温仪用于测量工件表面温度，所述CCD相机用于检测得到工件表面烧蚀的光学影像，激光功率计用于测量所述脉冲激光的功率起伏。

9.根据权利要求8所述的一种用于研究身管热烧蚀的脉冲激光加热系统，其特征在于，所述监控系统包括处理器和显示器，所述处理器用于接收所述脉冲激光发生系统（20）发出的脉冲次数信号，以及检测系统（30）发送的激光功率起伏数据、工件表面温度数据、工件表面烧蚀的光学影像数据，并将接收收据发送到所述显示器显示；还用于将工件表面烧蚀的光学影像数据转化为数字信号后发送到所显示器显示。

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