[发明专利]高速粒子撞击测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及高速粒子撞击测试系统，属于撞击损伤探测技术领域。

背景技术

目前撞击信息测量多应用于空间碎片撞击在轨感知领域，进行撞击位置测量及毁伤效果评估，较为成熟的技术措施如①电磁波发射技术、②声发射技术、③电阻薄膜检测技术、④聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜技术、⑤电容传感检测技术等，均基于电类传感器搭建撞击信息采集系统。由于电类传感器响应频率相对较低，且在高速撞击过程中会产生强烈的电磁干扰，极易导致电类传感器失效。因此，采用电类传感器用于撞击信息测量存在一定的局限性。

为了解决上述电类传感器在撞击损伤探测领域的应用难题，大量研究人员开始寻求更加适合的新型传感器，其中光纤类传感器具有体积小、质量轻、强度高、弯曲性好、柔韧性好、不受电磁波干扰、不需外加电源、耐腐蚀、成本低等优点，且可方便的布设在靶目标表面上构成监控网络，受到很多研究人员的青睐。已有研究人员将其应用于飞行器撞击损伤探测系统。如专利CN101776441A公开了一种实时在线的空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击定位测量系统，该系统基于分布式光纤传感器测量应力应变技术和空间飞行器壳体受撞击度与撞击定位技术，主要解决了如空间碎片撞击空间站等非毁灭性撞击的损伤探测，但由于其采用的光纤布拉格传感器系统具有响应速度相对较慢的特点，难以适应毁灭性撞击时的靶目标损伤探测需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供高速粒子撞击测试系统，该系统能够实现对不同直径，不同撞击速度，不同撞击角度粒子的实时监测，获得对靶目标的撞击角度和撞击位置信息，为后续撞击过程的动态分析提供依据。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

高速粒子撞击测试系统，包括撞击信息传感器和信息采集与处理设备，其中撞击信息传感器包括光纤传感器网格和光发射与探测装置，其中光纤传感器网格由n根传感光纤通过经纬交错方式固定于靶目标表面形成，每根传感光纤在靶目标表面形成回路；光发射与探测装置与信息采集与处理设备连接；光发射与探测装置包括光源、光分路器和n个光电探测器，其中光源与光分路器连接，光分路器的n个端口分别与n根传感光纤连接，n根传感光纤分别与n个光电探测器连接，光源产生光信号通过光分路器入射到每根传感光纤中，光电探测器接收每根传感光纤的光信号，转换为电压信号，当传感光纤未受损伤时，对应的光电探测器向信息采集与处理设备输出高电平，当传感光纤受损伤时，对应的光电探测器向信息采集与处理设备输出低电平；信息采集与处理设备接收所述高电平信息与低电平信息，根据传感光纤的损伤情况，获得在靶目标上的撞击位置信息和撞击角度信息，其中n为正整数，且n≥1。

在上述高速粒子撞击测试系统中，光纤传感器网格还包括m根传感光纤，传感光纤上布设有光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，其中光纤光栅温度传感器用于测量与靶目标撞击过程中的温度，光纤光栅应变传感器用于测量与靶目标撞击过程中的应力应变，m根传感光纤与外部光纤光栅传感器解调仪连接，该温度和应力应变信息通过m根传感光纤输出给外部光纤光栅传感器解调仪，其中m为正整数，且m≥1。

在上述高速粒子撞击测试系统中，每根传感光纤上设置多个测试点，每个测试点上布置2个光纤光栅应变传感器和1个光纤光栅温度传感器。

在上述高速粒子撞击测试系统中，光纤光栅温度传感器在布设时选用粘接胶粘贴在传感光纤的测试点，并用隔热材料覆盖，保证仅敏感待测结构的温度变化；所述光纤光栅应变传感器选用粘接胶粘贴在传感光纤的测试点，并用保护层进行覆盖，做进一步保护。

在上述高速粒子撞击测试系统中，传感光纤选择波长为1310nm或1550nm的光纤。

在上述高速粒子撞击测试系统中，传感光纤选择波长为1310nm或1550nm的光纤。

在上述高速粒子撞击测试系统中，光电探测器为静电敏感器件，采用PIN-FET光电探测器。

在上述高速粒子撞击测试系统中，靶目标在正反面同时布设传感光纤。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）、本发明采用创新设计的高速粒子撞击测试系统，该系统由撞击信息传感器和信息采集与处理设备组成，其中撞击信息传感器包括光纤传感器网格和光发射与探测装置，其中光纤传感器网格由多根传感光纤按经纬交错方式绕覆于靶目标正反两面，通过检测传感光纤的通断状态信息及时响应撞击损伤信息，具有实时性和准确性；