[發明專利]數字激光爆炸加載動光彈實驗系統

無效

• 申請號: 201110452028.5
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102589766A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 楊仁樹;楊立云;孫強;馬鑫民
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種動態光測力學實驗裝置，特別涉及一種研究爆炸應力波的數字激光爆炸加載動光彈實驗系統。?

背景技術

動光彈實驗是采用光學靈敏性材料制成與實物相似的模型，在動載荷作用下，用偏振光照射，在底板上直接記錄模型中應力等差線的一種光學測量方法。它具有很強的直觀性，能直接獲得固體介質中應力波的傳播、迭加，以及裂紋與應力波相互作用的動態過程中瞬間應力分布圖，可以真實反映出動態過程的信息與規律。?

在動態光彈性研究中，國內通常采用多火花式動光彈儀。該系統是在背景很暗的條件下，讓高速斷裂過程在快門打開著的相機前進行，用一次歷程極短的強力閃光來照明，使底片曝光，記錄下光彈的實驗過程，相當于多通道靜態光彈儀接續工作，不會因像移而產生圖像模糊的問題，因而可獲得清晰的應力條紋圖像。但由于該實驗系統需延遲控制器及光電裝置來控制和校核火花的放電時刻，導致攝影時機不易把控；同時，光通過光彈模型時，產生視差，總幅數較少，攝影頻率較低，給后期分析處理帶來困難。?

在國外，也有采用靜態光彈儀與轉鏡式高速分幅相機結合的系統，即在高速攝影系統中加入偏振光場，由于該系統的測試靈敏度低，無法獲得清晰的應力條紋圖像。?

工作時，上述兩種設備采用的都是傳統的物理膠片作為記錄介質，對實驗人員的操作和經驗要求較高，實驗成功率低，成本高，不利于開展更深一步地研究。?

如何解決上述問題，強化和改進動態光彈實驗系統，就成為本發明的主要目的。?

發明內容

隨著數碼技術的發展，本發明旨在建立一種數字激光爆炸加載動光彈實驗系統，將高速數碼攝影與靜態光彈系統相結合，變物理膠片為數碼照片，實現動態光彈實驗系統的創新、發展和升級。?

本發明是通過以下技術方案實現的：?

本發明所述的數字激光爆炸加載動光彈實驗系統，具體包括激光器、擴束鏡、場鏡組合、左1/4波片、右1/4波片、檢偏鏡、爆炸加載裝置、起爆器、數碼高速攝影機和電腦。激光器的照射端與擴束鏡相對應，擴束鏡與場鏡相對應，場鏡組合使擴束鏡傳出的面光束變成平行光后，再經匯聚后傳出。左1/4波片、右1/4波片和檢偏鏡沿著激光照射方向順序排列在場鏡組合的平行光區域內；爆炸加載裝置位于左、右1/4波片之間；數碼高速攝影機位于場鏡組合輸出端的焦點上；起爆器采用同步信號連接的方式分別與爆炸加載裝置和數碼高速攝影機連接；電腦連接在數碼高速攝影機的輸出端口上。?

選用激光器作為實驗光源設備，是基于激光的定向性和高亮度特點來考慮的。因為用數碼高速攝影機記錄動態過程有兩個要求：一個是曝光時間要足夠短；另一個是要求照明光足夠強，以保證足夠的曝光量。激光完全符合上述兩點要求。激光器的具體型號主要以激光波長與數碼高速攝影機感光波長是否匹配為標準進行選擇，同時，兼顧激光強度是否滿足試件實驗的不同要求，從而完成激光器的型號選擇。在具體實驗中，采用與數碼高速攝影機光感應最匹配波長對應的激光作為實驗光源，以保證曝光效果，保證拍攝質量，同時，還可有效實現對試件物體的持續、穩定、高亮度照射，實現正常環境條件下的拍攝需要，使光彈條紋的呈現更直觀、明了。?

為充分利用激光的特性，在激光器的照射通路上首先設有擴束鏡，擴束鏡將激光的線光束擴散為面光束，形成光源的發散，為后續有效照射和準確照射做準備。?

場鏡組合位于擴束鏡的后續光路傳送通道上，場鏡組合為兩個相對放置的凸透鏡，其中，前端凸透鏡將擴束鏡傳導出的面光束變成平行光后，再經后端凸透鏡匯聚后傳出。平行光可保證試件照射過程和后期圖像采集過程的準確性。?

左1/4波片、右1/4波片和檢偏鏡位于場鏡組合的前端凸透鏡與后端凸透鏡之間，由于激光本身為偏振光，即滿足了光彈中對入射光是偏振光的要求，其中，左1/4波片用于產生圓偏振光，右1/4波片及檢偏鏡負責還原圓偏振光為平面偏振光。當然，為保證圓偏振光場的形成質量，在圓偏振光場中還可包括起偏鏡，起偏鏡可放置于前端凸透鏡和左1/4波片之間，其作為實驗過程的備選設備待用。?

爆炸加載裝置設置于左1/4波片和右1/4波片之間，試件被固定在爆炸加載裝置上。常用的爆炸加載裝置為U形結構，在U形結構頂部兩側設有卡持端，試件被卡持端卡持在U形結構內側，既利于固定安裝，又方便使用。其中，試件在被固定之前，首先對其開設炮孔，炮孔內裝填藥包，并布設起爆線，起爆線與起爆器相連。利用爆炸加載裝置的卡持端對炮孔兩端及試件進行封堵并卡持，使試件位置相對固定，并為最后起爆做準備。?