[發明專利]一種超高速微粒速度測量系統及方法

有效

• 申請號: 201310533612.2
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN104597279B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 李宏偉;蔡明輝;吳逢時;韓建偉;張振龍;楊濤;汪金龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01P3/68
• 分類號: G01P3/68;G01D21/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

1.一種超高速微粒速度測量系統，其特征在于，所述系統包含：

超高速微粒加速器，用于發射超高速微粒；

第一信號采集單元，用于記錄微粒在超高速微粒加速器中運動的起始時刻t₁；

距離測量單元，用于測量微粒在超高速微粒加速器中的運行距離s；

撞擊靶，用于在超高速微粒加速器中距離超高速微粒起始運動位置的位移為s處設置撞擊靶，所述超高速微粒運行到位移s處時發生撞擊并瞬間發出光信號；

收集單元，用于收集發出的光信號，該單元設置在能夠收集發出光信號的光路上；其中，該收集單元為帶透鏡的光纖；

光電管，用于將收集單元收集的光信號轉化為電信號，并依據該電信號獲得超高速微粒運動的終止時刻t₂；和

速度及質量獲取單元，用于依據如下公式同時獲得微粒的速度和質量：

其中，I為發光強度，t為發光信號上升時間，t＝t₂-t₁；m為微粒質量，ν為微粒速度，λ₁，λ₂，β₁，β₂為與微粒材料及撞擊靶材料相關的系數；且通過實驗獲取λ₁，λ₂，β₁，β₂的取值；所述發光強度I與上述帶透鏡的光纖通過光電管和示波器獲取的信號的幅度相關，通過實驗標定獲取發光強度I的值；上升時間t通過測量直接獲得，根據公式(1)和(2)求解能夠獲取微粒的質量和速度。

2.根據權利要求1所述的超高速微粒速度測量系統，其特征在于，所述第一信號采集單元采用示波器。

3.根據權利要求1所述的超高速微粒速度測量系統，其特征在于，所述光纖與透鏡的軸線相同，且所述光纖的端面位于透鏡的焦點位置。

4.一種超高速微粒速度測量方法，所述方法包含：

步驟101)在時刻t₁，將超高速微粒在超高速微粒加速器中開始運動；

步驟102)當超高速微粒在超高速微粒加速器中運動至距離初始位置的位移s處時，撞擊撞擊靶，并使撞擊靶瞬間發出光信號；

步驟103)在光信號的發散光路上設置由透鏡、光纖和光電管組成的吸收裝置，吸收光信號；即撞擊發光信號傳到透鏡，被透鏡匯聚到光纖，由光纖傳遞到光電管之后傳遞到示波器并記錄該信號；

步驟104)對吸收的光信號進行處理得到超高速微粒到達位移s時的時刻t₂；

步驟105)依據如下兩個公式同時獲得微粒的速度與質量：

其中，I為發光強度，t為發光信號上升時間，t＝t₂-t₁；m為微粒質量，ν為微粒速度，λ₁，λ₂，β₁，β₂為與微粒材料及撞擊靶材料相關的系數；且通過實驗獲取λ₁，λ₂，β₁，β₂的取值；所述發光強度I與上述帶透鏡的光纖通過光電管和示波器獲取的信號的幅度相關，通過實驗標定獲取發光強度I的值；上升時間t通過測量直接獲得。

5.根據權利要求4所述的超高速微粒速度測量方法，其特征在于，所述步驟104)進一步包含：

步驟104-1)光纖進一步把匯聚的光信號傳遞到光電管，光電管把光信號轉換成電信號；

步驟104-2)通過同軸電纜線將轉化的電信號傳遞到示波器，并通過示波器記錄該發光信號及其時刻t₂的值。