[发明专利]一种采用等离子体信号测定激光驱动飞片速度的装置

说明书

技术领域

本发明属于等离子体信号测量的应用领域，尤其涉及一种采用等离子体信号测定激光驱动飞片速度的装置。

背景技术

研究微小空间碎片撞击效应经济有效的手段是地面超高速模拟实验，其中激光驱动飞片技术在几年发展比较迅速，它有着广泛的应用范围。

作为超高速碰撞特性研究的重要参数之一，速度测量是模拟试验研究中不可或缺的一部分。因此，地面超高速模拟的首要任务就是要在发射出超高速颗粒的基础上有效测量到颗粒的速度，这是深入进行有效的空间碎片超高速地面模拟研究的基础。

然而由于激光驱动飞片尺寸小、速度快，测量其速度并不容易，接触式测速法不可行，高速摄影仪可以测量飞片平均速度，但测不了飞片的瞬时速度和加速度。光学干涉法是目前用的最多的测速方法，主要包括VISAR、ORVIS、FPI、AFDI、PDV和CIVAR等。还有一种方法，利用飞片两次切割He：Ne激光束，从而通过光电二极管记录下相应的波谷，来反推飞片速度。该方法在实际操作中须保证He：Ne激光束直径比较小，这样才能保证飞片切割激光束时，对应的示波器上会出现相应的波谷。由于飞片在飞行中会逐渐支离破碎，所以该方法测到的波形第二个波谷不像第一个那样明显，甚至测不到。

以上测速方法总得来说，技术比复杂，操作繁琐，所需设备成本高。有人探索了一些简单、成本较低的飞片平均速度测试方法，比如压电测量法。谷卓伟利用石英传感器或聚酰亚胺压电薄膜来测量飞片的束度；魏强等利用两个压电薄膜，利用飞片靶等离子驱动时的振动和撞击进的振动信号测量飞片的平均速度。这两种测试虽然简单，成本低，但由于压电信号属于机械振动信号传递，与撞击时间相比误差较大。李宏伟等人设计了两种传感器收集高速撞击过程中的等离子体信号测定，一种置于飞片飞行途中，对于飞片速度会略有影响，第二种为网状接收器也会对撞击过程产生一定影响。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种采用等离子体信号测定激光驱动飞片速度的装置，实现对激光驱动飞片平均速度高精确度、成本低廉、装置简单的测量。

为实现上述目的，本发明提供的一种采用等离子体信号测定激光驱动飞片速度的装置的技术方案是：该装置包括由激光器、聚焦镜、真空室、示波器和直流电源，所述真空室设有透光窗，所述真空室中设有相互平行的飞片靶和撞击靶，所述激光器发射出激光后经聚焦镜调节后，透过真空室上的透光窗聚焦于飞片靶上；所述飞片靶和撞击靶之间且位于所述飞片靶一侧设有第一等离子信号接收探针，所述飞片靶和撞击靶之间且位于所述撞击靶一侧设有第二等离子信号接收探针；所述第一等离子信号接收探针通过导线连接至位于真空室外的第一分压电阻，所述第二等离子信号接收探针通过导线连接至位于真空室外的第二分压电阻，所述示波器及直流电源的正极并联于所述第一分压电阻和第二分压电阻的另一端。

进一步讲，所述真空室的压强小于0.1Pa。

所述第一等离子信号接收探针和所述第二等离子信号接收探针均为金属探针，所述第一等离子信号接收探针和所述第二等离子信号接收探针上施加的正直流偏压为10-200V。

所述第一等离子信号接收探针与飞片靶激光烧蚀处的距离为1-15mm，所述第一等离子信号接收探针与所述飞片靶靶面的夹角为20-70°；所述第二等离子信号接收探针与所述撞击靶撞击处的距离为2-10mm，所述第二等离子信号接收探针与所述撞击靶靶面的夹角为30-80°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

针对激光驱动飞片技术自身特点，采用等离子信号接收装置，收集测量飞片靶处激光烧蚀金属产生的高温高压等离子体信号，以及撞击靶处飞片高速撞击产生的等离子体信号，提高了信号来源的分辨率，准确测定了飞片起始和最终撞击的时间。采集到的初始信号幅度大，信噪比高，不需要额外的放大电路，易于实现，成本低廉。测量过程对微粒速度的影响很小，几乎无影响。本发明所测定的激光飞片速度为1-15km/s。

附图说明

图1为采用等离子体信号测定激光驱动飞片速度的装置示意图；

图2为第一和第二等离子信号接收探针两种结构示意图；

图3示波器显示收集两探针信号波形图。

图中：1-激光器，2-聚焦镜，3-真空室，4-飞片靶，5-撞击靶，6-飞片，7-第一等离子信号接收探针，8-第一等离子信号接收探针，9-第一分压电阻，10-第二分压电阻，11-示波器，12-直流电源，13-接地。

具体实施方式