球面激波產(chǎn)生方法
【專利摘要】本發(fā)明的球面激波產(chǎn)生方法與裝置以及形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置三個技術(shù)方案，屬于激波產(chǎn)生、壓力傳感器動態(tài)校準【技術(shù)領(lǐng)域】，該球面激波產(chǎn)生方法是在空間利用激光照射加熱干冰塊瞬間轉(zhuǎn)化為CO2氣體并膨脹產(chǎn)生球面激波；產(chǎn)生裝置有：單片機或計算機系統(tǒng)及其控制的彈射機構(gòu)、激光機構(gòu)、測速機構(gòu)、高速攝像機構(gòu)和干冰塊；動態(tài)校準裝置還包括校準機構(gòu)的標準壓力傳感器、被校準壓力傳感器、信號線纜、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；以球面激波作校準機構(gòu)的信號源，經(jīng)標準與被校準壓力傳感器進行測量比對，得出被校準壓力傳感器的動態(tài)校準結(jié)果；本發(fā)明的方法與裝置優(yōu)點有：方法創(chuàng)新，在空間形成了理想的球面激波；動態(tài)校準裝置優(yōu)點有：便于溯源，能提高動態(tài)校準精度。
【專利說明】球面激波產(chǎn)生方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開的球面激波產(chǎn)生方法屬于激波產(chǎn)生【技術(shù)領(lǐng)域】及壓力傳感器動態(tài)校準

【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及的是一種在空間產(chǎn)生理想球面激波的方法及壓力傳感器動態(tài)校準裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在火炮膛壓測試及爆炸沖擊波超壓測試等壓力動態(tài)測試領(lǐng)域中，被測的壓力信號 具有上升時間短、峰值高、脈沖寬度窄等特點，這對測試所用的壓力傳感器性能指標提出了 很高的要求。在實際測試之前，須對壓力傳感器進行動態(tài)校準，動態(tài)校準可以衡量壓力傳感 器的動態(tài)性能指標，對于整個測試是非常有益的。
[0003] 以信號的特點可將動態(tài)校準方法所產(chǎn)生的壓力信號分為兩類：一是階躍壓力信 號，常用的校準裝置為激波管；二是準S函數(shù)脈沖壓力信號，常用的校準裝置有高靜壓下 準δ函數(shù)脈沖壓力校準裝置、落錘校準裝置等。
[0004] 激波管校準法是公認的壓力傳感器動態(tài)校準的可靠方法之一，激波管校準裝置是 利用激波管內(nèi)部高壓室與低壓室間的壓差使兩室之間的膜片破裂，高壓室氣體迅速進入低 壓室形成激波，激波在管內(nèi)傳播，在測量段用于壓力傳感器的動態(tài)校準。由于激波管校準裝 置是以破膜方式產(chǎn)生激波，階躍壓力信號上升沿時間較長，且激波管產(chǎn)生的激波為平面波。
[0005] 本發(fā)明利用激光照射加熱干冰，在空間中產(chǎn)生近似理想的球面激波，該球面激波 產(chǎn)生的階躍壓力信號上升沿時間較短。利用大脈沖能量激光器照射加熱懸于半空中的干冰 塊，使干冰塊瞬間轉(zhuǎn)化為C0 2氣體并膨脹產(chǎn)生球面激波；另外，為了不使干冰塊的自身動能 影響球面激波而采用堅直向上發(fā)射干冰塊的方法，待干冰塊靜止時再對其照射加熱。如此 方法產(chǎn)生的C0 2氣體激波更加接近于理想的球面激波，且該球面激波產(chǎn)生的階躍壓力信號 上升沿時間更短，應(yīng)用于壓力傳感器校準的效果更好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是：向社會提供球面激波產(chǎn)生方法及其產(chǎn)生裝置，以及基于球面激 波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置三個技術(shù)方案。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案包括球面激波產(chǎn)生方法及其產(chǎn)生裝置，以及基于球面激波產(chǎn)生 方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置三部分。
[0008] 本發(fā)明關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法的技術(shù)方案是這樣的：這種球面激波產(chǎn)生方法，技 術(shù)特點在于：所述的球面激波產(chǎn)生方法是在空間利用激光照射加熱干冰塊瞬間轉(zhuǎn)化為C0 2 氣體并膨脹產(chǎn)生球面激波的方法。
[0009] 根據(jù)以上所述的球面激波產(chǎn)生方法，技術(shù)特點還有：所述的球面激波產(chǎn)生方法是 由單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制彈射機構(gòu)對空間堅直向上發(fā)射干冰塊，并當(dāng)干冰塊向上速 度為零的瞬間控制激光機構(gòu)發(fā)出激光對準干冰塊照射加熱，干冰塊迅速氣化膨脹在空間 產(chǎn)生或形成近似理想的球面激波，在干冰塊靜止時對其照射加熱從原理上保證了能產(chǎn)生球 面激波。
[0010] 根據(jù)以上所述的球面激波產(chǎn)生方法，技術(shù)特點還有：所述的單片機系統(tǒng)或計算機 系統(tǒng)控制的彈射機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)是利用氣槍發(fā)射彈丸撞擊可制冷的承載桿，干冰塊置于圓 柱形承載桿上端，承載桿保持溫度不高于干冰塊的溫度，保證了干冰塊形狀為規(guī)則球形，由 撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波將干冰塊向上彈射，彈丸與承載桿選用鋼材質(zhì)、形狀同為圓柱形、圓截面 積相等且截面半徑R選擇1厘米~1. 5厘米、圓柱長度L選擇5厘米飛.5厘米。
[0011] 根據(jù)以上所述的球面激波產(chǎn)生方法，技術(shù)特點還有：所述的單片機系統(tǒng)或計算機 系統(tǒng)控制的激光機構(gòu)是單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的一臺釔鋁石榴石晶體激光器，即 Nd:YAG激光器，該激光器型號如是TITAN 5,在干冰塊向上的速度為零的瞬間控制該釔鋁石 榴石晶體激光器發(fā)射一單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒的激光束，單脈 沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒兩項技術(shù)指標可保證干冰塊瞬間氣化。
[0012] 根據(jù)以上所述的球面激波產(chǎn)生方法，技術(shù)特點還有：所述的單片機系統(tǒng)或計算機 系統(tǒng)控制發(fā)射的干冰塊形狀為球形，半徑R選擇6. 2毫米飛.8毫米，發(fā)射初速度V選擇4. 43 米/秒飛.42米/秒，發(fā)射初速度決定了干冰塊能夠上升的高度。
[0013] 根據(jù)以上所述的球面激波產(chǎn)生方法，技術(shù)特點還有：a.所述的單片機系統(tǒng)或計算 機系統(tǒng)還控制有1?速攝像機構(gòu)，該機構(gòu)由1?速攝像機為主構(gòu)成，該1?速攝像機記錄速度大 于100000幀/秒，此外還有控制高速攝像機動作的控制器，鏡頭帶有一系列同心圓環(huán)形刻 度，圓環(huán)形刻度用于測量球面激波的波速，鏡頭中心距離彈射機構(gòu)承載桿上端的高度選擇 為1米~1. 5米，此高度由干冰塊發(fā)射初速度確定，目的是保證干冰塊能靜止于高速攝像機 鏡頭中心的位置，根據(jù)公知公用的牛頓運動學(xué)定律，忽略干冰塊向上運動時所受的空氣阻 力，干冰塊所受唯一的外力為其重力，由公式：v t2=2gh，可知：初速度vt為4. 43米/秒時對 應(yīng)高度h為1米，初速度vt為5. 42米/秒時對應(yīng)高度h為1. 5米，公式中g(shù)為重力加速度， 發(fā)射初速度、高度與在發(fā)射前的情況對應(yīng)統(tǒng)一。b.所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制 有測速機構(gòu)，該機構(gòu)由受控制的超聲波測速儀為主構(gòu)成，該超聲波測速儀測量干冰塊向上 飛行速度，當(dāng)干冰塊向上速度為零時發(fā)送反饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)，單片機系 統(tǒng)或計算機系統(tǒng)接收到反饋信號后立即控制激光機構(gòu)發(fā)射激光照射干冰塊。
[0014] 關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法采用的球面激波產(chǎn)生裝置的技術(shù)方案是這樣的：這種球面 激波產(chǎn)生裝置，技術(shù)特點在于：所述的球面激波產(chǎn)生裝置包括有：單片機系統(tǒng)或計算機系 統(tǒng)及其控制的彈射機構(gòu)、激光機構(gòu)、測速機構(gòu)、高速攝像機構(gòu)和干冰塊。
[0015] 根據(jù)以上所述的球面激波產(chǎn)生裝置，詳細技術(shù)特點還有：a.所述的單片機系統(tǒng)或 計算機系統(tǒng)控制的彈射機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)是利用氣槍發(fā)射彈丸撞擊可制冷的承載桿，干冰塊 置于圓柱形承載桿上端，承載桿保持溫度不高于干冰塊的溫度，保證了干冰塊形狀為規(guī)則 球形，由撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波將干冰塊向上彈射，彈丸與承載桿選用鋼材質(zhì)、形狀同為圓柱 形、圓截面積相等且截面半徑R選擇1厘米~1. 5厘米、圓柱長度L選擇5厘米飛.5厘米。 b.所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的激光機構(gòu)是單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的一 臺釔鋁石榴石晶體激光器，即Nd:YAG激光器，該激光器型號如是TITAN 5,在干冰塊向上的 速度為零的瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光器發(fā)射一單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時 間小于25納秒的激光束，單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒兩項技術(shù)指標 可保證干冰塊瞬間氣化。c.所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有高速攝像機構(gòu)，該機 構(gòu)由高速攝像機為主構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000巾貞/秒，此外還有控制高速 攝像機動作的控制器，鏡頭帶有一系列同心圓環(huán)形刻度，圓環(huán)形刻度用于測量球面激波的 波速，鏡頭中心距離彈射機構(gòu)承載桿上端的高度選擇為1米~1. 5米，此高度由干冰塊發(fā)射 初速度確定，目的是保證干冰塊能靜止于高速攝像機鏡頭中心的位置，根據(jù)公知公用的牛 頓運動學(xué)定律，忽略干冰塊向上運動時所受的空氣阻力，干冰塊所受唯一的外力為其重力， 由公式：v t2=2gh，可知：初速度vt為4. 43米/秒時對應(yīng)高度h為1米，初速度vt為5. 42米 /秒時對應(yīng)高度h為1. 5米，公式中g(shù)為重力加速度，發(fā)射初速度、高度與在發(fā)射前情況對應(yīng) 統(tǒng)一。d.所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制發(fā)射的干冰塊形狀為球形，半徑R選擇6. 2 毫米飛.8毫米，發(fā)射初速度v選擇4. 43米/秒飛.42米/秒，發(fā)射初速度決定了干冰塊能 夠上升的高度。e.所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有測速機構(gòu)，該機構(gòu)由受控制的 超聲波測速儀為主構(gòu)成，該超聲波測速儀測量干冰塊向上飛行速度，當(dāng)干冰塊向上速度為 零時發(fā)送反饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)接收到反饋信號 后立即控制激光機構(gòu)發(fā)射激光照射干冰塊。
[0016] 關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置的技術(shù)方案是這樣的：這 種球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置，技術(shù)特點在于：所述的球面激波產(chǎn) 生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置包括有：單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)及其控制的彈射 機構(gòu)、激光機構(gòu)、測速機構(gòu)、高速攝像機構(gòu)、干冰塊、校準機構(gòu)，其中校準機構(gòu)包括：標準壓力 傳感器、被校準壓力傳感器、信號線纜、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，采用單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制 彈射機構(gòu)對空間堅直向上發(fā)射干冰塊，當(dāng)干冰塊向上速度為零的瞬間控制激光機構(gòu)發(fā)射激 光對準干冰塊照射加熱，干冰塊迅速氣化膨脹在空間產(chǎn)生或形成近似理想的球面激波，作 為校準機構(gòu)的壓力傳感器動態(tài)校準的階躍壓力信號源，輸入階躍壓力信號給標準壓力傳感 器、被校準壓力傳感器并進行測量比對、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)采集記錄兩傳感器輸出信號，完成被 校準壓力傳感器的動態(tài)校準。根據(jù)公知公用的壓力傳感器動態(tài)校準方法和規(guī)定程序進行本 壓力傳感器的動態(tài)校準：以標準壓力傳感器輸出的壓力信號作為輸入信號，以被校準壓力 傳感器輸出的壓力信號作為輸出信號，對輸入信號與輸出信號分別做快速傅里葉變換，將 輸出信號的快速傅里葉變換結(jié)果與輸入信號的快速傅里葉變換結(jié)果求比值，得到被校準壓 力傳感器的動態(tài)傳遞函數(shù)，得到其動態(tài)校準結(jié)果。
[0017] 根據(jù)以上所述的壓力傳感器動態(tài)校準裝置，詳細技術(shù)特點還有：a.所述的單片機系 統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的彈射機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)是利用氣槍發(fā)射彈丸撞擊可制冷的承載桿，干冰 塊置于圓柱形承載桿上端，承載桿保持溫度不高于干冰塊的溫度，保證了干冰塊形狀為規(guī)則 球形，由撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波將干冰塊向上彈射，彈丸與承載桿選用鋼材質(zhì)、形狀同為圓柱形、 圓截面積相等且截面半徑R選擇1厘米~1. 5厘米、圓柱長度L選擇5厘米飛.5厘米。b.所 述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的激光機構(gòu)是單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的一臺釔鋁 石榴石晶體激光器，即Nd:YAG激光器，該激光器型號如是TITAN 5,在干冰塊向上速度為零的 瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光器發(fā)射一單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納 秒的激光束，單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒兩項技術(shù)指標可保證干冰塊 瞬間氣化。c.所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有高速攝像機構(gòu)，該機構(gòu)由高速攝像機 為主構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000巾貞/秒，此外還有控制高速攝像機動作的控制 器，鏡頭帶有一系列同心圓環(huán)形刻度，圓環(huán)形刻度用于測量球面激波的波速，鏡頭中心距離彈 射機構(gòu)承載桿上端的高度選擇為1米~1.5米，此高度由干冰塊發(fā)射初速度確定，目的是保證 干冰塊能靜止于高速攝像機鏡頭中心的位置，根據(jù)公知公用的牛頓運動學(xué)定律，忽略干冰塊 向上運動時所受的空氣阻力，干冰塊所受唯一的外力為其重力，由公式：v t2=2gh，可知：初速 度vt為4. 43米/秒時對應(yīng)高度h為1米，初速度vt為5. 42米/秒時對應(yīng)高度h為1. 5米， 公式中g(shù)為重力加速度，發(fā)射初速度、高度與在發(fā)射前情況對應(yīng)統(tǒng)一。d.所述的單片機系統(tǒng) 或計算機系統(tǒng)控制發(fā)射的干冰塊形狀為球形，半徑R選擇6. 2毫米飛.8毫米，發(fā)射初速度v 選擇4.43米/秒飛.42米/秒，發(fā)射初速度決定了干冰塊能夠上升的高度。e.所述的單片 機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有測速機構(gòu)，該機構(gòu)由受控制的超聲波測速儀為主構(gòu)成，該超聲 波測速儀測量干冰塊向上飛行速度，當(dāng)干冰塊向上速度為零時發(fā)送反饋信號給單片機系統(tǒng)或 計算機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)接收到反饋信號后立即控制激光機構(gòu)發(fā)射激光照射干 冰塊。f.所述的校準機構(gòu)的標準壓力傳感器選擇壓電式壓力傳感器或壓阻式壓力傳感器;所 述的被校準壓力傳感器是壓電式壓力傳感器或壓阻式壓力傳感器。g.所述的校準機構(gòu)的數(shù) 據(jù)采集機構(gòu)選擇由計算機與數(shù)據(jù)采集卡、電荷校準儀，以及操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理軟件配套組 合結(jié)構(gòu)，計算機與數(shù)據(jù)采集卡、電荷校準儀作為硬件，操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理軟件作為軟件，硬 件軟件結(jié)合使用，完成傳感器數(shù)據(jù)的采集、記錄、顯示及分析，當(dāng)傳感器選擇壓電式壓力傳感 器時使用電荷校準儀進行信號匹配并送入數(shù)據(jù)采集卡采集記錄，當(dāng)傳感器選擇壓阻式壓力傳 感器時，輸出信號直接送入數(shù)據(jù)采集卡采集記錄。
[0018] 本發(fā)明的球面激波產(chǎn)生方法及產(chǎn)生裝置優(yōu)點有：1.在空間形成了理想的球面激 波；2.方法創(chuàng)新，產(chǎn)生的球面激波接近真實爆炸沖擊波。本發(fā)明的球面激波產(chǎn)生方法形成 的壓力傳感器動態(tài)校準裝置優(yōu)點有：便于溯源，能提高動態(tài)校準精度。這種球面激波產(chǎn)生方 法及產(chǎn)生裝置，以及球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置值得采用和推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 本發(fā)明的說明書附圖共有8幅： 圖1為球面激波產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中干冰塊未彈射； 圖2為球面激波產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中干冰塊向上彈射； 圖3為球面激波產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中干冰塊向上運動速度為0,此時激光照射加 熱干冰塊； 圖4為球面激波產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖，干冰塊氣化形成球面激波； 圖5為球面激波產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖6為彈射機構(gòu)詳細結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為校準機構(gòu)詳細結(jié)構(gòu)示意圖，其中405為球面激波打在壓力傳感器敏感面上形成 的階躍壓力信號，此信號作為壓力傳感器動態(tài)校準的輸入信號，階躍壓力信號橫坐標為時 間，單位為微秒μ s，縱坐標為壓力，單位為兆帕MPa ; 圖8為高速攝像機鏡頭圓環(huán)形刻度示意圖，單位為毫米_。
[0020] 在各圖中采用了統(tǒng)一標號，即同一物件在各圖中用同一標號。在各圖中：1.單片 機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)；2.測速機構(gòu)；3.激光機構(gòu)；4.校準機構(gòu)；5.高速攝像機構(gòu)；6.彈射 機構(gòu)；7.干冰塊；8.球面激波；401.被校準壓力傳感器；402.標準壓力傳感器；403.信號 線纜；404.數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；405.階躍壓力信號；601.承載桿；602.彈丸。

【具體實施方式】
[0021] 本發(fā)明的實施例有三部分：其一是關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法的實施例，其二是關(guān)于 球面激波產(chǎn)生裝置的實施例，其三是關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝 置的實施例 第一部分關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法的非限定實施例如下： 實施例一.球面激波產(chǎn)生方法 該例的球面激波產(chǎn)生方法可由圖1?圖6、圖8聯(lián)合不出或說明。參見圖1?圖6,球 面激波產(chǎn)生方法采用的器具包括有：單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1，測速機構(gòu)2,激光機構(gòu)3， 高速攝像機構(gòu)5,彈射機構(gòu)6,干冰塊7。參見圖6,該例的彈射機構(gòu)6的詳細結(jié)構(gòu)包括彈丸 602與承載桿601，干冰塊7置于承載桿601上端，彈丸602與承載桿601選用鋼材質(zhì)、形狀 同為圓柱形、圓截面積相等且截面半徑R=1厘米、圓柱長度L=5厘米，該例的激光機構(gòu)3是 單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1控制的一臺釔鋁石榴石晶體激光器，即Nd:YAG激光器，該激光 器型號如是TITAN 5,在干冰塊7向上速度為零的瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光器發(fā)射一 單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒的激光束照射干冰塊7。該例控制發(fā)射 的干冰塊7形狀為球形，半徑R=6. 2毫米，發(fā)射初速度v=4. 43米/秒，該例的高速攝像機構(gòu) 5由高速攝像機為主構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000巾貞/秒，鏡頭帶有一系列同心 圓環(huán)形刻度，刻度單位為毫米mm，參見圖8,鏡頭中心距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高 度為1米。該例的測速機構(gòu)2由受控制的超聲波測速儀為主構(gòu)成。由單片機系統(tǒng)或計算機 系統(tǒng)1控制彈射機構(gòu)6向上彈射干冰塊7,由測速機構(gòu)2測量干冰塊7向上飛行速度，當(dāng)干 冰塊7向上速度為零時發(fā)送反饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1，此時單片機系統(tǒng)或計 算機系統(tǒng)1控制激光機構(gòu)3發(fā)射激光束照射加熱干冰塊7,干冰塊7瞬間轉(zhuǎn)化為C0 2氣體并 膨脹產(chǎn)生球面激波8,高速攝像機構(gòu)5用于測量球面激波8的波速。
[0022] 實施例二.球面激波產(chǎn)生方法 該例的球面激波產(chǎn)生方法可由圖1?圖6、圖8聯(lián)合示出。該例的球面激波產(chǎn)生方 法與實施例一球面激波產(chǎn)生方法不同點有：1.該例的彈丸602與承載桿601的截面半徑 R=l. 5厘米、圓柱長度L=6. 5厘米；2.該例控制發(fā)射的干冰塊7半徑R=6. 8毫米，發(fā)射初速 度v=5. 42米/秒；3.鏡頭中心距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高度為1. 5米。該例的 球面激波產(chǎn)生方法其余未述的，全同于實施例一.中所述的，不再重述。
[0023] 實施例三.球面激波產(chǎn)生方法 該例的球面激波產(chǎn)生方法可由圖1?圖6、圖8聯(lián)合示出。該例的球面激波產(chǎn)生方法與 實施例一、實施例二的球面激波產(chǎn)生方法不同點有：1.該例的彈丸602與承載桿601的截 面半徑R=l. 25厘米、圓柱長度L=5. 75厘米；2.該例控制發(fā)射的干冰塊7半徑R=6. 5毫米， 發(fā)射初速度v=4. 925米/秒；3.鏡頭中心距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高度為1. 23 米。該例的球面激波產(chǎn)生方法其余未述的，全同于實施例一、實施例二中所述的，不再重述。
[0024] 第二部分關(guān)于球面激波產(chǎn)生裝置的非限定實施例如下： 實施例一.球面激波產(chǎn)生裝置 該例的球面激波產(chǎn)生裝置可由圖1?圖6、圖8聯(lián)合示出或說明。參見圖1?圖5,球 面激波產(chǎn)生裝置包括有：單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1，測速機構(gòu)2,激光機構(gòu)3,高速攝像機 構(gòu)5,彈射機構(gòu)6,干冰塊7。參見圖6,該例的彈射機構(gòu)6的詳細結(jié)構(gòu)包括彈丸602與承載 桿601，干冰塊7置于承載桿601上端，彈丸602與承載桿601選用鋼材質(zhì)、形狀同為圓柱 形、圓截面積相等且截面半徑R=1厘米、圓柱長度L=5厘米，該例的激光機構(gòu)3是單片機系 統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1控制的一臺釔鋁石榴石晶體激光器，即Nd:YAG激光器，該激光器型號如 是TITAN 5,在干冰塊7向上的速度為零的瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光器發(fā)射一單脈沖 能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒的激光束照射干冰塊7。該例的高速攝像機構(gòu) 5由高速攝像機為主構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000巾貞/秒，鏡頭帶有一系列同心 圓環(huán)形刻度，刻度單位為毫米mm，參見圖8,鏡頭中心距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高 度為1米。該例控制發(fā)射的干冰塊7形狀為球形，半徑R=6. 2毫米，發(fā)射初速度v=4. 43米/ 秒。該例的測速機構(gòu)2由受控制的超聲波測速儀為主構(gòu)成。由單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1 控制彈射機構(gòu)6向上彈射干冰塊7,由測速機構(gòu)2測量干冰塊7向上飛行速度，當(dāng)干冰塊7 向上速度為零時發(fā)送反饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1，此時單片機系統(tǒng)或計算機系 統(tǒng)1控制激光機構(gòu)3發(fā)射激光束照射加熱干冰塊7,干冰塊7瞬間轉(zhuǎn)化為C0 2氣體并膨脹產(chǎn) 生球面激波8,高速攝像機構(gòu)5用于測量球面激波8的波速。
[0025] 實施例二·球面激波產(chǎn)生裝置 該例的球面激波產(chǎn)生裝置可由圖1?圖6、圖8聯(lián)合示出。該例的球面激波產(chǎn)生裝 置與實施例一球面激波產(chǎn)生裝置不同點有：1.該例的彈丸602與承載桿601的截面半徑 R=l. 5厘米、圓柱長度L=6. 5厘米；2.該例控制發(fā)射的干冰塊7半徑R=6. 8毫米，發(fā)射初速 度v=5. 42米/秒；3.鏡頭中心距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高度為1. 5米。該例的 球面激波產(chǎn)生裝置其余未述的，全同于實施例一.中所述的，不再重述。
[0026] 實施例三.球面激波產(chǎn)生裝置 該例的球面激波產(chǎn)生裝置可由圖1?圖6、圖8聯(lián)合示出。該例的球面激波產(chǎn)生裝置與 實施例一、實施例二的球面激波產(chǎn)生裝置不同點有：1.該例的彈丸602與承載桿601的截 面半徑R=l. 25厘米、圓柱長度L=5. 75厘米；2.該例控制發(fā)射的干冰塊7半徑R=6. 5毫米， 發(fā)射初速度v=4. 925米/秒；3.鏡頭中心距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高度為1. 23 米。該例的球面激波產(chǎn)生裝置其余未述的，全同于實施例一、實施例二中所述的，不再重述。
[0027] 第三部分關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置的非限定實施 例如下： 實施例一.球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置 該例的球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置可由圖1?圖8聯(lián)合示出或 說明。參見圖1?圖5,關(guān)于球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置包括有：單 片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1，測速機構(gòu)2,激光機構(gòu)3,高速攝像機構(gòu)5,彈射機構(gòu)6,干冰塊7、 校準機構(gòu)4,其中校準機構(gòu)4包括：標準壓力傳感器402、被校準壓力傳感器401、信號線纜 403、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)404。參見圖6,該例的彈射機構(gòu)6的詳細結(jié)構(gòu)包括彈丸602與承載桿 601，干冰塊7置于承載桿601上端，彈丸602與承載桿601選用鋼材質(zhì)、形狀同為圓柱形、圓 截面積相等且截面半徑R=1厘米、圓柱長度L=5厘米，該例的激光機構(gòu)3是單片機系統(tǒng)或計 算機系統(tǒng)1控制的一臺釔鋁石榴石晶體激光器，即Nd:YAG激光器，該激光器型號如是TITAN 5,在干冰塊7向上速度為零的瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光器發(fā)射一單脈沖能量大于5 焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒的激光束照射干冰塊7。該例的高速攝像機構(gòu)5由高速攝 像機為主構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000幀/秒，鏡頭帶有一系列同心圓環(huán)形刻 度，刻度單位為毫米mm，參見圖8,鏡頭中心距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高度為1米， 該例控制發(fā)射的干冰塊7形狀為球形，半徑R=6. 2毫米，發(fā)射初速度v=4. 43米/秒。該例 的測速機構(gòu)2由受控制的超聲波測速儀為主構(gòu)成。參見圖7,校準機構(gòu)4中的標準壓力傳感 器402與被校準壓力傳感器401選擇壓電式壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集機構(gòu)404選擇由計算機 與數(shù)據(jù)采集卡、電荷校準儀，以及操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理軟件配套組合的結(jié)構(gòu)，階躍壓力信號 405為球面激波8打在標準壓力傳感器402與被校準壓力傳感器401敏感面上形成的。由 單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1控制彈射機構(gòu)6向上彈射干冰塊7,由測速機構(gòu)2測量干冰塊7 向上飛行速度，當(dāng)干冰塊7向上速度為零時發(fā)送反饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1，此 時單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)1控制激光機構(gòu)3發(fā)射激光束照射加熱干冰塊7,干冰塊7瞬間 轉(zhuǎn)化為C0 2氣體并膨脹產(chǎn)生球面激波8,高速攝像機構(gòu)5用于測量球面激波8的波速。根據(jù) 公知公用的壓力傳感器動態(tài)校準方法和規(guī)定程序進行本發(fā)明的壓力傳感器動態(tài)校準：階躍 壓力信號405分別輸入標準壓力傳感器402、被校準壓力傳感器401信號輸入端，用信號線 纜403分別連接標準壓力傳感器402、被校準壓力傳感器401信號輸出端至數(shù)據(jù)采集機構(gòu) 404,采用輸入階躍壓力信號405,經(jīng)過標準壓力傳感器402、被校準壓力傳感器401進行測 量比對，完成對被校準壓力傳感器401的動態(tài)校準。以標準壓力傳感器402輸出的壓力信號 作為輸入信號，以被校準壓力傳感器401的輸出的壓力信號作為輸出信號，對輸入信號與 輸出信號分別做快速傅里葉變換，將輸出信號的快速傅里葉變換結(jié)果與輸入信號的快速傅 里葉變換結(jié)果求比值，得到被校準壓力傳感器401的動態(tài)傳遞函數(shù)，得到其動態(tài)校準結(jié)果。 被校準壓力傳感器401與標準壓力傳感器402二者輸出信號經(jīng)過電荷校準儀轉(zhuǎn)換后通過信 號線纜403連接到數(shù)據(jù)采集卡進行采集記錄，動態(tài)校準結(jié)果可以在數(shù)據(jù)采集機構(gòu)404所包 括的計算機上顯示、分析、記錄。
[0028] 實施例二.球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置 該例的球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置可由圖1?圖8聯(lián)合示出或 說明。該例的壓力傳感器動態(tài)校準裝置與實施例一的壓力傳感器動態(tài)校準裝置不同點有： 1.該例的彈丸602與承載桿601的截面半徑R=l. 5厘米、圓柱長度L=6. 5厘米；2.該例控 制發(fā)射的干冰塊7半徑R=6. 8毫米，發(fā)射初速度v=5. 42米/秒；3.鏡頭中心距離彈射機構(gòu) 6承載桿601上端的高度為L 5米；4.校準機構(gòu)4中的標準壓力傳感器402與被校準壓力 傳感器401選擇壓阻式壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集機構(gòu)404選擇由計算機與數(shù)據(jù)采集卡，以及操 作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理軟件配套組合的結(jié)構(gòu)，由信號線纜403直接連接被校準壓力傳感器401、 標準壓力傳感器402的輸出端至數(shù)據(jù)采集卡進行輸出信號采集記錄。該例的球面激波產(chǎn)生 方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置其余未述的，全同于實施例一.中所述的，不再重述。
[0029] 實施例三.球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置 該例的球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器動態(tài)校準裝置可由圖1?圖8聯(lián)合示出或 說明。該例的壓力傳感器動態(tài)校準裝置與實施例一、實施例二的壓力傳感器動態(tài)校準裝置 不同點有：1.該例的彈丸602與承載桿601的截面半徑R=l. 25厘米、圓柱長度L=5. 75厘 米；2.該例控制發(fā)射的干冰塊7半徑R=6. 5毫米，發(fā)射初速度v=4. 925米/秒；3.鏡頭中心 距離彈射機構(gòu)6承載桿601上端的高度為1. 23米。該例的球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力 傳感器動態(tài)校準裝置其余未述的，全同于實施例一、實施例二中所述的，不再重述。
【權(quán)利要求】
1. 一種球面激波產(chǎn)生方法，特征在于：所述的球面激波產(chǎn)生方法是在空間利用激光照 射加熱干冰塊瞬間轉(zhuǎn)化為co 2氣體并膨脹產(chǎn)生球面激波的方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面激波產(chǎn)生方法，特征在于：所述的球面激波產(chǎn)生方法是 由單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制彈射機構(gòu)對空間堅直向上發(fā)射干冰塊，并當(dāng)干冰塊向上速 度為零的瞬間控制激光機構(gòu)發(fā)出激光對準干冰塊照射加熱，干冰塊迅速氣化膨脹在空間產(chǎn) 生或形成近似理想的球面激波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的球面激波產(chǎn)生方法，特征在于：所述的單片機系統(tǒng)或計算機 系統(tǒng)控制的彈射機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)是利用氣槍發(fā)射彈丸撞擊可制冷的承載桿，干冰塊置于圓 柱形承載桿上端，由撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波將干冰塊向上彈射，彈丸與承載桿選用鋼材質(zhì)、形狀 同為圓柱形、圓截面積相等且截面半徑R選擇1厘米~1. 5厘米、圓柱長度L選擇5厘米飛.5 厘米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的球面激波產(chǎn)生方法，特征在于：所述的單片機系統(tǒng)或計算機 系統(tǒng)控制的激光機構(gòu)是單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的一臺釔鋁石榴石晶體激光器，在干 冰塊向上速度為零的瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光器發(fā)射一單脈沖能量大于5焦耳、脈 沖持續(xù)時間小于25納秒的激光束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的球面激波產(chǎn)生方法，特征在于：所述的單片機系統(tǒng)或計算機 系統(tǒng)控制發(fā)射的干冰塊形狀為球形，半徑R選擇6. 2毫米飛.8毫米，發(fā)射初速度v選擇4. 43 米/秒?5. 42米/秒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的球面激波產(chǎn)生方法，特征在于： a. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有高速攝像機構(gòu)，該機構(gòu)由高速攝像機為主 構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000幀/秒，鏡頭帶有一系列同心圓環(huán)形刻度，鏡頭中 心距離彈射機構(gòu)承載桿上端的高度選擇為1米~1. 5米； b. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有測速機構(gòu)，該機構(gòu)由受控制的超聲波測速 儀為主構(gòu)成，該超聲波測速儀測量干冰塊向上飛行速度，當(dāng)干冰塊向上速度為零時發(fā)送反 饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面激波產(chǎn)生方法采用的球面激波產(chǎn)生裝置，特征在于：所 述的球面激波產(chǎn)生裝置包括有：單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)及其控制的彈射機構(gòu)、激光機構(gòu)、 測速機構(gòu)、高速攝像機構(gòu)和干冰塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的球面激波產(chǎn)生裝置，特征在于：所述的球面激波產(chǎn)生裝置 的： a. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的彈射機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)是利用氣槍發(fā)射彈丸 撞擊可制冷的承載桿，干冰塊置于圓柱形承載桿上端，由撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波將干冰塊向上 彈射，彈丸與承載桿選用鋼材質(zhì)、形狀同為圓柱形、圓截面積相等且截面半徑R選擇1厘米 ?1. 5厘米、圓柱長度L選擇5厘米?6. 5厘米； b. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的激光機構(gòu)是單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制 的一臺釔鋁石榴石晶體激光器，在干冰塊向上速度為零的瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光 器發(fā)射一單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒的激光束； c. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有高速攝像機構(gòu)，該機構(gòu)由高速攝像機為主 構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000幀/秒，鏡頭帶有一系列同心圓環(huán)形刻度，鏡頭中 心距離彈射機構(gòu)承載桿上端的高度選擇為1米~1. 5米； d. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制發(fā)射的干冰塊形狀為球形，半徑R選擇6. 2毫 米?6. 8毫米，發(fā)射初速度v選擇為4. 43米/秒?5. 42米/秒； e. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有測速機構(gòu)，該機構(gòu)由受控制的超聲波測速 儀為主構(gòu)成，該超聲波測速儀測量干冰塊向上飛行速度，當(dāng)干冰塊向上速度為零時發(fā)送反 饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面激波產(chǎn)生方法形成的壓力傳感器的動態(tài)校準裝置，特征 在于：所述的壓力傳感器的動態(tài)校準裝置包括有：單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)及其控制的彈 射機構(gòu)、激光機構(gòu)、測速機構(gòu)、高速攝像機構(gòu)、干冰塊、校準機構(gòu)，其中校準機構(gòu)包括：標準壓 力傳感器、被校準壓力傳感器、信號線纜、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，采用單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控 制彈射機構(gòu)對空間堅直向上發(fā)射干冰塊，當(dāng)干冰塊向上速度為零的瞬間控制激光機構(gòu)發(fā)射 激光對準干冰塊照射加熱，干冰塊迅速氣化膨脹在空間產(chǎn)生或形成近似理想的球面激波， 作為校準機構(gòu)的壓力傳感器動態(tài)校準的階躍壓力信號源，輸入階躍壓力信號給標準壓力傳 感器、被校準壓力傳感器并進行測量比對、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)采集記錄兩傳感器輸出信號，完成 被校準壓力傳感器的動態(tài)校準。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器的動態(tài)校準裝置，特征在于：所述的壓力傳感器 的動態(tài)校準裝置的： a. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的彈射機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)是利用氣槍發(fā)射彈丸 撞擊可制冷的承載桿，干冰塊置于圓柱形承載桿上端，由撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波將干冰塊向上 彈射，彈丸與承載桿選用鋼材質(zhì)、形狀同為圓柱形、圓截面積相等且截面半徑R選擇1厘米 ?1. 5厘米、圓柱長度L選擇5厘米?6. 5厘米； b. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制的激光機構(gòu)是單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制 的一臺釔鋁石榴石晶體激光器，在干冰塊向上速度為零的瞬間控制該釔鋁石榴石晶體激光 器發(fā)射一單脈沖能量大于5焦耳、脈沖持續(xù)時間小于25納秒的激光束； c. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有高速攝像機構(gòu)，該機構(gòu)由高速攝像機為主 構(gòu)成，該高速攝像機記錄速度大于100000幀/秒，鏡頭帶有一系列同心圓環(huán)形刻度，鏡頭中 心距離彈射機構(gòu)承載桿上端的高度選擇為1米~1. 5米； d. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)控制發(fā)射的干冰塊形狀為球形，半徑R選擇6. 2毫 米?6. 8毫米，發(fā)射初速度v選擇為4. 43米/秒?5. 42米/秒； e. 所述的單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)還控制有測速機構(gòu)，該機構(gòu)由受控制的超聲波測速 儀為主構(gòu)成，該超聲波測速儀測量干冰塊向上飛行速度，當(dāng)干冰塊向上速度為零時發(fā)送反 饋信號給單片機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)； f. 所述的校準機構(gòu)的標準壓力傳感器選擇壓電式壓力傳感器或壓阻式壓力傳感器； 所述的被校準壓力傳感器是壓電式壓力傳感器或壓阻式壓力傳感器； g. 所述的校準機構(gòu)的數(shù)據(jù)采集機構(gòu)選擇由計算機與數(shù)據(jù)采集卡、電荷校準儀，以及操 作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理軟件配套組合結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G01L27/00GK104062070SQ201410272879
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】馬鐵華, 豐雷, 范錦彪, 杜紅棉, 徐鵬, 裴東興, 李新娥 申請人:中北大學(xué)