[发明专利]一种测量气相爆轰速度的离子探针测速系统

说明书

本发明公开了一种测量气相爆轰速度的离子探针测速系统，包括离子探针、信号处理电路、数据采集记录仪；离子探针由铜丝探头、刚玉管、不锈钢套管、基座等构成；每个离子探针的输出端分别与信号处理电路的某个输入端连接，数量不受限制；信号处理电路的每个通道相互并联，功能一致，由24V直流电源供电；当爆轰波阵面传至探头时，对应的探针回路接通，支路上的电容快速放电从而产生电压脉冲信号；所有支路产生的电压信号均接入数据采集记录仪的单个通道，脉冲信号出现的时刻即为爆轰波到达探针的时刻；最后根据不同探针的间距和信号出现的时间差计算出火焰在相邻两个探针之间的平均传播速度；本发明系统成本低，能够准确测量不锈钢管内预混气体爆轰波传播速度。

技术领域

本发明涉及爆轰测试技术领域，具体涉及一种测量气相爆轰速度的离子探针测速系统。

背景技术

压水堆核电厂发生严重事故时，反应堆堆芯的锆包壳被蒸汽或空气氧化而产生大量的氢气。此外，堆芯熔融物若掉落到反应堆堆腔，熔融物和混凝土相互作用又将产生大量的氢气或一氧化碳。这些气体与周围的空气和蒸汽混合后可能产生可燃性混合物，遇到电火花或热源将发生缓慢燃烧。而该燃烧火焰极其不稳定，若火焰的传播路径存在障碍物，激起的湍流作用致使燃烧率增加、传播火焰不断加速。在合适的条件下，这将引起爆燃转化为爆轰。而爆轰产生的巨大冲击力将导致核电厂的安全壳发生破裂，致使放射性物质泄漏到外部环境，威胁公众安全。为了研究气相爆轰的产生和传播机理，准确测量爆轰速度成为气相爆轰实验中不可缺少的技术手段。

在气相爆轰物理实验中测量爆轰速度常用的技术手段有电探针测速系统、光纤探针测速系统、高速摄像测速。

光纤探针是通过直接测量冲击波到达固定测点时间的方式来间接测量冲击波速度。其探头一般由端面镀膜的梯度石英光纤和金属套管构成。测量原理是当冲击波阵面到达光纤探针端面时会产生光信号，经光纤传输到光电探测器后变换为电信号，再由示波器记录就可以知道冲击波或飞片到达探针的时刻。该方法的优点是间接非接触测量。缺点是不适用于不锈钢管内气相爆轰，因为若要布置多个光纤探针，则需开设多个透镜窗口，透镜窗口和不锈钢管之间密封处很容易由于爆轰冲击力发生破裂。此外，该方法对透镜的光洁度要求较高，不适用于爆轰管内具有黑烟的场景。

高速摄像测速的工作原理是通过摄像记录管道内火焰的形态和位置，从而得到火焰速度。该方法的优点是间接非接触测量，且系统简单。缺点是造价昂贵，且不适用于不锈钢管内气相爆轰速度测量。

本发明采用的离子探针测速技术属于电探针测速技术的一种。测量原理是可燃性气体混合物在前导冲击波的压缩下升温升压，自动点火后化学反应区内产生大量的自由基或离子，当爆轰波阵面传至探头时，探针回路接通并将电信号传至数据采集系统，从而产生电压脉冲信号，信号出现的时刻即为爆轰波到达探针的时刻。最后根据不同探针的间距和信号出现的时间差计算出爆轰波在相邻两个探针之间的平均传播速度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种测量气相爆轰速度的离子探针测速系统，是一种低成本，仅利用单通道采集卡来采集多个探针脉冲信号，从而准确测量不锈钢管内预混气体爆轰波传播速度的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测量气相爆轰速度的离子探针测速系统，包括离子探针、与离子探针连接的信号处理电路、以及与信号处理电路连接的数据采集记录仪；

所述离子探针一部分位于爆轰管内，包括开有双通孔的刚玉管2，一对铜丝探针1插入刚玉管2的双通孔，两端头部伸出，刚玉管2外部同心设置有不锈钢套管3；铜丝探针1与刚玉管2双通孔间的间隙以及刚玉管2与不锈钢套管3间的间隙采用工业绝缘胶填充；所述刚玉管2与不锈钢套管3的长度根据爆轰管管壁4的壁厚变化；所述离子探针的探针输出端7与信号处理电路相连；