[发明专利]利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置及方法，其装置包括激光输出模块、指示激光器、光束整型模块和监测模块，所述激光输出模块用于输出所需激光，所述光束整形模块用于将激光输出模块输出的激光光束整型为环状脉冲激光，用以模拟环状冲击带来点状损伤，所述指示激光器用于指示激光作用中心点，所述监测模块用于原位无损监测防护材料测试过程。该装置可模拟特定弹道冲击，对弹道冲击中心作用点处损伤破坏过程进行模拟和监控，以实现弹道冲击完整过程的模拟。

技术领域

本发明属于弹道冲击模拟领域，具体涉及一种利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置及方法。

技术背景

装甲防护材料研发中关键的一步，便是利用子弹炮弹等对防护材料进行高速弹道冲击测试，并根据损伤程度来评估装甲材料抵抗冲击的能力。但是这种测试耗时长、成本高，并且仅能得到最终测试结果，难以收集微观瞬态过程信息，不利于对候选材料进行全面深入的分析。在装甲防护材料早期研发过程中，必须寻找一种具备经济、实验可重复度高和收集微观瞬态过程信息等优点的替代过程。

激光加工实验研究和理论研究表明，脉冲激光加工现象与弹道冲击现象极为类似，都会在材料中产生线性和非线性的声波和冲击波，进而产生相变、层裂和断裂。尽管子弹等仍然是研究冲击压缩的传统“宏观”工具，但在“微观”领域，能量约束在纳秒或皮秒时间和微米空间范围内的短脉冲激光，已经成为研究碰撞相互作用的新兴工具，可以在各种各样的早期设计迭代中，为评估装甲材料抵抗冲击能力提供新的方法。

在实际中利用子弹炮弹等对装甲防护材料进行弹道冲击测试时，其造成的损伤既包括弹丸直接撞击装甲防护材料带来的冲击作用点结构上的破坏，同时也包括了其冲击过程中产生的声波及冲击波对防护材料的损伤。若想利用激光对弹道冲击进行完整地模拟并探究其具体冲击过程及其机制，二种损伤过程均需要进行相应的模拟。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供了一种利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置及方法，该装置可模拟特定弹道冲击，对弹道冲击中心作用点处损伤破坏过程进行模拟和监控，以实现弹道冲击完整过程的模拟。

本发明的目的是采用下述方案实现的：本发明公开了一种利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置，包括激光输出模块、指示激光器、光束整型模块和监测模块，所述激光输出模块用于输出所需激光，所述光束整形模块用于将激光输出模块输出的激光光束整型为环状脉冲激光，用以模拟环状冲击带来点状损伤，所述指示激光器用于指示激光作用中心点，所述监测模块用于原位无损监测防护材料测试过程。

进一步地，本发明的利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置还包括控制主机，所述激光输出模块、指示激光器和监测模块分别与控制主机连接，所述控制主机用于控制总体测试过程并记录相关反馈信息。

进一步地，所述激光输出模块包括脉冲激光器和光参量放大器，所述脉冲激光器和光参量放大器均由主机系统中激光输出系统控制，所述激光输出系统根据防护材料性能和所模拟子弹的参数不同，控制脉冲激光器输出相应功率、频率、脉宽的激光，并通过光参量放大器控制激光输出波长；激光输出模块设有闸门，用于在脉冲激光器和光参量放大器运行的情况下关闭激光输出；激光输出模块所输出的激光光束半径固定。