[发明专利]一种超高速微粒速度测量系统及方法

摘要

本发明提供了一种超高速微粒速度测量系统及方法，系统包含：超高速微粒加速器，用于发射超高速微粒并开展超高速撞击实验；第一信号采集单元，用于记录微粒在超高速微粒加速器中的起始的运动时刻t1；距离测量单元，用于测量微粒在超高速微粒加速器中的运行距离s；撞击靶，用于当超高速微粒运行到位移s处时撞击并瞬间发出光信号；收集单元，用于收集发出光信号，其设置在能够收集发出光信号的光路上；其中，该收集单元为带透镜的光纤；光电管，用于将收集的光信号转为电信号，依据电信号获得超高速微粒运动终止时刻t2；根据微粒运动的起始时刻t1和t2可以获得微粒的飞行时间t，或根据微粒撞击发光信号的发光强度与上升时间获得微粒的速度和质量。 1

主权项

1.一种超高速微粒速度测量系统，其特征在于，所述系统包含：

超高速微粒加速器，用于发射超高速微粒；

第一信号采集单元，用于记录微粒在超高速微粒加速器中运动的起始时刻t₁；

距离测量单元，用于测量微粒在超高速微粒加速器中的运行距离s；

撞击靶，用于在超高速微粒加速器中距离超高速微粒起始运动位置的位移为s处设置撞击靶，所述超高速微粒运行到位移s处时发生撞击并瞬间发出光信号；

收集单元，用于收集发出的光信号，该单元设置在能够收集发出光信号的光路上；其中，该收集单元为带透镜的光纤；

光电管，用于将收集单元收集的光信号转化为电信号，并依据该电信号获得超高速微粒运动的终止时刻t₂；和

速度及质量获取单元，用于依据如下公式同时获得微粒的速度和质量：

其中，I为发光强度，t为发光信号上升时间，t＝t₂‑t₁；m为微粒质量，ν为微粒速度，λ₁，λ₂，β₁，β₂为与微粒材料及撞击靶材料相关的系数；且通过实验获取λ₁，λ₂，β₁，β₂的取值；所述发光强度I与上述带透镜的光纤通过光电管和示波器获取的信号的幅度相关，通过实验标定获取发光强度I的值；上升时间t通过测量直接获得，根据公式(1)和(2)求解能够获取微粒的质量和速度。

2.根据权利要求1所述的超高速微粒速度测量系统，其特征在于，所述第一信号采集单元采用示波器。

3.根据权利要求1所述的超高速微粒速度测量系统，其特征在于，所述光纤与透镜的轴线相同，且所述光纤的端面位于透镜的焦点位置。

4.一种超高速微粒速度测量方法，所述方法包含：

步骤101)在时刻t₁，将超高速微粒在超高速微粒加速器中开始运动；

步骤102)当超高速微粒在超高速微粒加速器中运动至距离初始位置的位移s处时，撞击撞击靶，并使撞击靶瞬间发出光信号；

步骤103)在光信号的发散光路上设置由透镜、光纤和光电管组成的吸收装置，吸收光信号；即撞击发光信号传到透镜，被透镜汇聚到光纤，由光纤传递到光电管之后传递到示波器并记录该信号；

步骤104)对吸收的光信号进行处理得到超高速微粒到达位移s时的时刻t₂；

步骤105)依据如下两个公式同时获得微粒的速度与质量：

其中，I为发光强度，t为发光信号上升时间，t＝t₂‑t₁；m为微粒质量，ν为微粒速度，λ₁，λ₂，β₁，β₂为与微粒材料及撞击靶材料相关的系数；且通过实验获取λ₁，λ₂，β₁，β₂的取值；所述发光强度I与上述带透镜的光纤通过光电管和示波器获取的信号的幅度相关，通过实验标定获取发光强度I的值；上升时间t通过测量直接获得。

5.根据权利要求4所述的超高速微粒速度测量方法，其特征在于，所述步骤104)进一步包含：

步骤104‑1)光纤进一步把汇聚的光信号传递到光电管，光电管把光信号转换成电信号；

步骤104‑2)通过同轴电缆线将转化的电信号传递到示波器，并通过示波器记录该发光信号及其时刻t₂的值。