[發明專利]利用環狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法

在審

• 申請號: 202010133702.2
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111272584A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 曹強;劉勝;聶陽天;高陽;趙宏鳴;杜漸
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G01N3/06;F41H5/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 代嬋

本發明公開了一種利用環狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法，其裝置包括激光輸出模塊、指示激光器、光束整型模塊和監測模塊，所述激光輸出模塊用于輸出所需激光，所述光束整形模塊用于將激光輸出模塊輸出的激光光束整型為環狀脈沖激光，用以模擬環狀沖擊帶來點狀損傷，所述指示激光器用于指示激光作用中心點，所述監測模塊用于原位無損監測防護材料測試過程。該裝置可模擬特定彈道沖擊，對彈道沖擊中心作用點處損傷破壞過程進行模擬和監控，以實現彈道沖擊完整過程的模擬。

技術領域

本發明屬于彈道沖擊模擬領域，具體涉及一種利用環狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法。

技術背景

裝甲防護材料研發中關鍵的一步，便是利用子彈炮彈等對防護材料進行高速彈道沖擊測試，并根據損傷程度來評估裝甲材料抵抗沖擊的能力。但是這種測試耗時長、成本高，并且僅能得到最終測試結果，難以收集微觀瞬態過程信息，不利于對候選材料進行全面深入的分析。在裝甲防護材料早期研發過程中，必須尋找一種具備經濟、實驗可重復度高和收集微觀瞬態過程信息等優點的替代過程。

激光加工實驗研究和理論研究表明，脈沖激光加工現象與彈道沖擊現象極為類似，都會在材料中產生線性和非線性的聲波和沖擊波，進而產生相變、層裂和斷裂。盡管子彈等仍然是研究沖擊壓縮的傳統“宏觀”工具，但在“微觀”領域，能量約束在納秒或皮秒時間和微米空間范圍內的短脈沖激光，已經成為研究碰撞相互作用的新興工具，可以在各種各樣的早期設計迭代中，為評估裝甲材料抵抗沖擊能力提供新的方法。

在實際中利用子彈炮彈等對裝甲防護材料進行彈道沖擊測試時，其造成的損傷既包括彈丸直接撞擊裝甲防護材料帶來的沖擊作用點結構上的破壞，同時也包括了其沖擊過程中產生的聲波及沖擊波對防護材料的損傷。若想利用激光對彈道沖擊進行完整地模擬并探究其具體沖擊過程及其機制，二種損傷過程均需要進行相應的模擬。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術對應的不足，提供了一種利用環狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法，該裝置可模擬特定彈道沖擊，對彈道沖擊中心作用點處損傷破壞過程進行模擬和監控，以實現彈道沖擊完整過程的模擬。

本發明的目的是采用下述方案實現的：本發明公開了一種利用環狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置，包括激光輸出模塊、指示激光器、光束整型模塊和監測模塊，所述激光輸出模塊用于輸出所需激光，所述光束整形模塊用于將激光輸出模塊輸出的激光光束整型為環狀脈沖激光，用以模擬環狀沖擊帶來點狀損傷，所述指示激光器用于指示激光作用中心點，所述監測模塊用于原位無損監測防護材料測試過程。

進一步地，本發明的利用環狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置還包括控制主機，所述激光輸出模塊、指示激光器和監測模塊分別與控制主機連接，所述控制主機用于控制總體測試過程并記錄相關反饋信息。

進一步地，所述激光輸出模塊包括脈沖激光器和光參量放大器，所述脈沖激光器和光參量放大器均由主機系統中激光輸出系統控制，所述激光輸出系統根據防護材料性能和所模擬子彈的參數不同，控制脈沖激光器輸出相應功率、頻率、脈寬的激光，并通過光參量放大器控制激光輸出波長；激光輸出模塊設有閘門，用于在脈沖激光器和光參量放大器運行的情況下關閉激光輸出；激光輸出模塊所輸出的激光光束半徑固定。