[发明专利]一种检测样品中冲击波速度的设备、检测方法及应用

说明书

本发明涉及冲击压缩加载技术领域，具体涉及一种检测样品中冲击波速度的设备、检测方法及应用，包括高速发射装置、测量装置和信号收集装置，所述测量装置包括基板、样品固定柱、环形固定柱、第一光探针、第二光探针。本发明的检测样品中冲击波速度的设备，结构简单，使用便捷，利用高速发射装置驱动飞片撞击基板的左侧侧壁，收集撞击产生的冲击波在经过样品前后的发光信号，将前后发光信号的时间差值求出，再以样品厚度除以时间差值，即可求出冲击波在样品中的速度，显著提高了实验检测精度，对促进冲击波物理和地球行星科学领域的研究和教学具有重要意义。

技术领域

本发明涉及冲击压缩加载技术领域，具体涉及一种检测样品中冲击波速度的设备、检测方法及应用。

背景技术

冲击加载技术测量样品中冲击波速度，是计算材料受到冲击压力与冲击速度曲线(Hugoniot参数)的必要参数。这些重要的参数组成的物态方程是冲击波物理和地球行星科学领域中一项重要的研究内容。

轻气炮是动高压加载装置。冲击压缩过程中的飞片甚至可以达到10km/s，样品会瞬间受到几百万大气压的高压。要精确测定样品受到的压力，首先需要知道飞片速度，冲击波在样品中的速度。二级轻气炮是一种特殊的可控高速发射装置，通常由火药室、泵管、高压段及发射管和靶室组成。二级轻气炮利用火炮作为压缩级来推动活塞、动态的压缩泵管中低分子量气体(通常为氢气或氮气)，使其压力可达上百兆帕斯卡，从而可将数十克的飞片驱动到很高的速度，直径在5.3mm～35mm不同口径的二级轻气炮系统，弹速范围一般为2km/s～8km/s，通过弹靶相撞可获得十万大气压到五百万个大气压的冲击压力，以及数十万摄氏度的高温高压状态，可研究材料高压状态方程、冲击相变与熔化、材料在高压下的电磁性能、冲击合成新材料以及高速碰撞现象等。

轻气炮测量Hugoniot参数常规测量方法中，采用电信号容易短路，从而导致实验失败。而采用光信号，伴随着样品漏光等，大大影响实验的精确性。而DPS，电磁测速等方法操作繁杂，且成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种检测样品中冲击波速度的设备、检测方法及应用，测量手段简单，精度高，达到纳秒级精度，与现有DPS测速等测量结构精度相当。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种检测样品中冲击波速度的设备，包括高速发射装置、测量装置和信号收集装置，所述测量装置包括基板、样品固定柱、环形固定柱至少一根第一光探针、以及至少两根第二光探针，所述样品固定柱和环形固定柱均设置在基板的右侧侧壁上，所述环形固定柱环绕样品固定柱设置，样品设置在基板和样品固定柱之间，所述环形固定柱与基板之间、以及样品固定柱与样品之间分别留有发光隙，所述第一光探针的一端穿过样品固定柱与样品连接，所述第二光探针的一端穿过环形固定柱与基板连接，第一光探针的另一端、第二光探针的另一端分别与信号收集装置连接，所述信号收集装置用于收集第一光探针、第二光探针采集的发光信号，所述高速发射装置用于驱动飞片撞击基板的左侧侧壁。

进一步地，所述高速发射装置为带速度检测功能的高速发射装置。

进一步地，所述高速发射装置为二级轻气炮，所述二级轻气炮的发射管管口设置有磁测速装置。

进一步地，所述发光隙的尺寸为5～20微米。优选地，所述发光隙的尺寸为10微米。

进一步地，所述基板为铝材。

进一步地，所述样品固定柱与基板可拆卸连接，所述样品固定柱、环形固定柱可拆卸连接。

进一步地，所述样品固定柱左侧侧壁、环形固定柱的内壁、基板的右侧侧壁构成样品室，所述样品室用于放置样品。