基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法
【專利摘要】本發(fā)明的基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法和產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的裝置兩個技術(shù)方案，屬沖擊測試或試驗【技術(shù)領域】，其方法是采用高功率脈沖激光照射微小型Hopkinson桿前端，使得微小型Hopkinson桿中瞬間產(chǎn)生沖擊波即極窄的加速度激勵信號；其裝置由高功率脈沖激光器、微小型Hopkinson桿及其它輔助設備儀器組成,采用高功率脈光器照射微小型Hopkinson桿前端，使得微小型Hopkinson桿中瞬間產(chǎn)生沖擊波即極窄加速度激勵信號；本發(fā)明的方法優(yōu)點有：創(chuàng)新實現(xiàn)通過強脈沖激光照射微小型Hopkinson桿獲得極窄加速度激勵信號的方法，該方法在高g值加速度計動態(tài)校準方面有很高的實用價值；本發(fā)明的裝置優(yōu)點有：裝置結(jié)構(gòu)簡單，試驗操作過程簡便，可實現(xiàn)高g值加速度計全量程范圍的動態(tài)校準；這種方法及裝置值得采用和推廣。
【專利說明】基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明公開的基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法，屬沖擊測試或試驗

【技術(shù)領域】，具體涉及一種采用脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法及產(chǎn)生極窄加速度 激勵信號的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 當一束高功率短脈沖（ns量級）激光照射到金屬材料表面時，材料表面會迅速吸 收激光能量發(fā)生爆炸性汽化，同時電離形成高溫度、高壓（大于lGPa)、背離材料向外噴射 稠密的離子體，從而誘發(fā)一個高壓沖擊波，并在材料表面或內(nèi)部施加一個極大的壓力。
[0003]隨著高功率激光器技術(shù)的不斷發(fā)展，利用其輸出的高功率激光作驅(qū)動源，可在靶 材中產(chǎn)生一個很強的沖擊波，沖擊波壓力遠遠超過了通常實驗室條件下利用其他手段所獲 得的壓力。激光驅(qū)動沖擊波有激光直接驅(qū)動和激光間接驅(qū)動兩種方式。間接驅(qū)動沖擊波過 程中，高功率激光器的入射激光能量被金屬材料表面吸收，產(chǎn)生向真空高速噴射的等離子 體，在材料表面內(nèi)的材料中會形成一個反向的物質(zhì)流并對材料進行沖擊壓縮，形成向內(nèi)傳 播的沖擊波。
[0004]Hopkinson桿實驗技術(shù)是建立在一維彈性應力波理論基礎之上的，Hopkinson桿 受到?jīng)_擊后在桿內(nèi)將發(fā)生一維彈性應力波的傳播。自由式Hopkinson桿技術(shù)已成為產(chǎn)生高 g值加速度的有效方法。
[0005]Hopkinson桿中任意應力波總可用頻譜分析方法分解為不同頻率的諧波分量，由 于桿中質(zhì)點的橫向慣性作用，不同頻率的諧波分量將各按自己的速度傳播，因此波形不能 再保持原形而必定在傳播過程中彌散開來，即發(fā)生所謂波的幾何彌散現(xiàn)象。由于幾何彌散， 應力脈沖的波陣面前沿實際上隨傳播距離的增加而逐漸由陡變緩，即應力脈沖前沿的升時 ts隨傳播距離而逐漸增大，并且桿徑越大，其升時變化越顯著。Hopkinson桿中所能形成加 速度激勵信號最小脈寬的經(jīng)驗公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法，特征在于：所述的產(chǎn)生極窄加 速度激勵信號的方法是：采用高功率脈沖激光照射微小型Hopkinson桿前端，使得微小型 Hopkinson桿中瞬間產(chǎn)生沖擊波即極窄的加速度激勵信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法，特征在于： 所述的高功率脈沖激光是由YAG高功率脈沖激光器發(fā)出的激光，該激光光斑直徑大小為 4mm?6mm、脈寬為Ins?60ns、能量為70MJ?1200MJ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法，特征在于： 所述的微小型Hopkinson桿的結(jié)構(gòu)是：波形調(diào)整墊片通過普通粘合劑貼在桿的前端，波形 調(diào)整墊片的激光照射面上同樣通過普通粘合劑貼上鋁箔吸收層，再將光學玻璃片用透明粘 合劑貼在鋁箔吸收層上，微小型Hopkinson桿的后端通過真空緊密吸合設置在安裝座前 端，高g值加速度計通過螺紋結(jié)構(gòu)安裝在安裝座的后端，在該加速度計輸出端輸出極窄加 速度激勵信號，所說的安裝座為一個與微小型Hopkinson桿具有相同直徑的圓柱體，后端 沿軸向有用于安裝高g值加速度計的內(nèi)環(huán)狀螺紋。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法，特征在于： 所述的微小型Hopkinson桿詳細結(jié)構(gòu)有：微小型Hopkinson桿直徑選擇為5mm、或8mm、或 10mm,長度選擇為20mm?300mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖激光產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的方法，特征在于： a. 所述產(chǎn)生的極窄加速度激勵信號，其脈寬小于6?s ; b. 調(diào)整軸向激光干涉儀使測量的極窄加速度激勵信號正常； c. 計算機記錄和處理通過波形記錄儀記錄的高g值加速度計的信號，以及軸向激光干 涉儀測量的、通過波形記錄儀記錄的從微小型Hopkinson桿后端輸出的極窄加速度激勵信 號。
6. -種產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的裝置，特征在于：所述的產(chǎn)生極窄加速度激勵信 號的裝置包括有高功率脈沖激光器、微小型Hopkinson桿，采用高功率脈光激光器激光照 射微小型Hopkinson桿前端，使得微小型Hopkinso n桿中瞬間產(chǎn)生沖擊波即極窄加速度激 勵信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的裝置，特征在于：所述的產(chǎn)生 極窄加速度激勵信號的裝置具體裝配、調(diào)試步驟為： a. 調(diào)節(jié)YAG高功率脈沖激光器輸出激光的光斑直徑和強度大小，使得參數(shù)滿足本裝置 要求標準； b. 選擇采用鋁箔作為能量吸收層和玻璃做約束層依次通過普通粘合劑和透明粘合劑 貼在保護微小型Hopkinson桿的波形調(diào)整墊片的激光照射面上； c. 安裝座的前端面通過真空夾具緊密吸合在微小型Hopkinson桿末端，高g值加速 度計通過螺紋結(jié)構(gòu)安裝在安裝座的后端，在該加速度計輸出端輸出極窄加速度激勵信號， 所說的安裝座為一個與微小型Hopkinson桿具有相同直徑的圓柱體，后端沿軸向有用于安 裝高g值加速度計的內(nèi)環(huán)狀螺紋； d. 激光照射到微小型Hopkinson桿的沖擊區(qū)域，被吸收層吸收產(chǎn)生等離子，等離子受 到覆蓋在吸收層上面的約束層的約束，產(chǎn)生高強度沖擊波沖擊微小型Hopkinson桿前端， 使得微小型Hopkinson桿內(nèi)部得到一個應力脈沖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的裝置，特征在于：所述的高功率 脈沖激光是由YAG高功率脈沖激光器發(fā)出的激光，該激光光斑直徑大小為4mm?6mm、脈 寬為Ins?60ns、能量為70MJ?1200MJ。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的裝置，特征在于：所述的微小型 Hopkinson桿詳細結(jié)構(gòu)有：微小型Hopkinson桿直徑選擇為5mm、或8mm、或10mm，長度選擇 為 20mm ?300mm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的產(chǎn)生極窄加速度激勵信號的裝置，特征在于： a. 所述產(chǎn)生的極窄加速度激勵信號，其脈寬小于6?s ; b. 該裝置還可包括軸向激光干涉儀，調(diào)整軸向激光干涉儀使測量的極窄加速度激勵信 號正常； c. 該裝置還可包括計算機和波形記錄儀，計算機記錄和處理通過波形記錄儀記錄的 高g值加速度計的信號，以及軸向激光干涉儀測量的、通過波形記錄儀記錄的從微小型 Hopkinson桿后端輸出的極窄加速度激勵信號。
【文檔編號】G01N3/313GK104330316SQ201410586532
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】馬鐵華, 徐鵬, 王燕, 范錦彪, 張紅艷, 祖靜 申請人:中北大學