[发明专利]一种应用于弹道靶试验的10nm级微粒探测装置及方法

说明书

本发明涉及一种应用于弹道靶试验的10nm级微粒探测装置及方法，该装置包括：夹具，位于靶室内，所述夹具包括连接部和安装部，所述连接部具有轴向通孔，所述安装部包括第一安装板和第二安装板，所述第一安装板和所述第二安装板平行间隔设置，形成具有开口的光幕腔；至少一个激光器、与所述激光器数量相同的耦合透镜以及与所述耦合透镜数量相同的光电探测器。本发明方案采用在发射器出口设置夹具的方式，实现微粒探测装置的安装和定位，且不影响现有设备的正常运行，实现10nm级微粒的可靠探测，能够满足10nm级微粒碰撞试验测速与控制的需求。

技术领域

本发明涉及超高速弹道靶试验技术领域，尤其涉及一种应用于弹道靶试验的10nm级微粒探测装置及方法。

背景技术

超高速弹道靶是高超声速空气动力学和超高速碰撞现象研究的重要地面风洞试验设备。弹道靶的试验原理为：以试验气体静止，试验模型在靶室中以高超声速自由飞行来进行气动试验。弹道靶系统一般由发射器、靶室真空系统和测速控制系统组成。

弹道靶系统的工作过程是：发射器将微粒与弹托组件发射至靶室，微粒与弹托组件在靶室内自由飞行，同时进行相关特性的试验测量。

随着超高速碰撞研究对象的拓展，在“空间碎片”等项目中，需要在弹道靶上开展10nm级微粒的超高速碰撞特性试验与研究，对10nm级微粒可靠准确探测是微粒速度精确测量和碰撞过程参数准确测量的基础。

目前，弹道靶试验中弹丸探测一般采用光幕靶，光幕垂直于靶室轴线，最小探测模型尺寸为0.5mm，不能满足10nm级微粒探测的任务需求，主要有以下方面的原因：一是光幕宽度不够，光幕靶的光幕宽50mm，微粒质量小，飞行到探测器时的散布大于光幕宽度，微粒不在探测范围内，若增大探测范围，须改动现在设备：配套加工专门的探测窗口和探测器，试验成本和周期不能满足要求；二是探测灵敏度不够，利用现有测量方式，10nm级微粒通过光幕产生的光减信号微弱，约为8.5mV,探测系统本底噪声通常为5-10mV，信号基本会淹没在噪声中无法识别；三是探测结果存在较大不确定度。

综上所述，可以看出在弹道靶试验中，利用现有探测设备及方法，不能实现10nm级微粒的探测。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于弹道靶试验的10nm级微粒探测装置，在弹道靶试验中能够实现10nm级微粒的有效探测。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应用于弹道靶试验的10nm级微粒探测装置，包括：

夹具，位于靶室内，所述夹具包括连接部和安装部，所述连接部具有轴向通孔，所述安装部包括第一安装板和第二安装板，所述第一安装板和所述第二安装板平行间隔设置，形成具有开口的光幕腔，所述第一安装板和所述第二安装板的一端与所述连接部连接，且所述第一安装板和所述第二安装板平行于所述轴向通孔的轴向，所述轴向通孔与所述光幕腔连通，所述夹具通过轴向通孔同轴套设于所述发射器的出口通道，所述发射器的出口通道与所述光幕腔连通；

至少一个激光器，安装在所述第一安装板，能够发射垂直于所述轴向通孔的轴线的激光；

与所述激光器数量相同的耦合透镜，所述耦合透镜安装在所述第二安装板，用于接收和聚焦相对应的所述激光器发出的光信号；

与所述耦合透镜数量相同的光电探测器，所述光电探测器位于所述靶室外，并通过光纤与对应的所述耦合透镜连接，用于接收相对应的所述耦合透镜经所述光纤传递的所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。

优选地，包括多个激光器，多个所述激光器平行间隔设置。

优选地，所述第一安装板设有激光器安装孔，所述激光器安装孔的轴线垂直于所述轴向通孔的轴线；所述激光器通过所述激光器安装孔可拆卸安装在所述第一安装板上。