專利名稱：一種沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于輻射法測溫裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，尤其是具備沖擊加載條件下金屬樣品的光譜發(fā)射率和真實(shí)溫度的實(shí)時(shí)測量。
背景技術(shù)：
在沖擊波物理和爆轟物理研究中，常采用輻射光譜法測量沖擊壓縮條件下材料的溫度，基本原理是基于Planck (普朗克)灰體模型，假設(shè)被測材料的光譜發(fā)射率與測量波長無關(guān)。然而沖擊條件下材料的熱輻射并不一定滿足灰體模型假說，其發(fā)射率可隨波長變化，僅通過測量材料的光譜輻亮度是不能得到材料的真實(shí)溫度，只有知道材料的發(fā)射率，才可求得真實(shí)溫度。目前測量沖擊條件下材料的光譜發(fā)射率一般是通過測量沖擊條件下材料的反射率，再根據(jù)Kirchhoff (基爾霍夫)定律得出材料的發(fā)射率。通常采用激光偏振法、積分球反射法和光譜反射法等。激光偏振法只能測量光滑表面材料的發(fā)射率，且只能測量單一波長處的發(fā)射率，不能得到發(fā)射率隨波長的變化關(guān)系。積分球反射法因光信號(hào)在積分球內(nèi)多次反射，能量損失較大限制了該方法的廣泛應(yīng)用。而一般的光譜反射法則因?yàn)槊}沖光源時(shí)間響應(yīng)慢，且光譜成份不均勻，要實(shí)現(xiàn)反射光脈沖與材料受沖擊產(chǎn)生的高溫輻射光信號(hào)脈沖間的時(shí)間同步及幅度匹配非常困難，使其測溫范圍受到較大限制。綜上所述，目前沖擊條件下的光譜發(fā)射率及沖擊溫度的測量技術(shù)還存在不足，難以實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍的光譜發(fā)射率及沖擊溫度的實(shí)時(shí)測量要求。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中測量系統(tǒng)中光源時(shí)間響應(yīng)慢、光譜成份不均勻的不足，本實(shí)用新型提供一種沖擊溫度·及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，本實(shí)用新型的測量系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)快，各測試波長的反射光信號(hào)能量能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)，能夠方便的定出沖擊前后材料表面的反
射率變化。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:本實(shí)用新型的一種沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)中含有數(shù)個(gè)不同波長的連續(xù)激光器、用于將連續(xù)激光器的輸出激光調(diào)制成能量比值恒定的兆赫重復(fù)頻率的雙脈沖激光的數(shù)個(gè)高速聲光調(diào)制器、光纖合束器、雙光纖探頭、多通道輻射高溫計(jì)、數(shù)字示波器。連續(xù)激光器分別通過光纖與對(duì)應(yīng)的高速聲光調(diào)制器連接，高速聲光調(diào)制器通過光纖分別與光纖合束器的每一個(gè)輸入端口連接，光纖合束器的輸出端口與雙光纖探頭中的一支光纖相連用于將脈沖激光準(zhǔn)直并照射被測樣品表面，雙光纖探頭中的另一支光纖用于收集被測樣品表面反射的激光脈沖和被測樣品沖擊后的高溫?zé)彷椛湫盘?hào)光，并與多通道輻射高溫計(jì)連接，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。多通道輻射高溫計(jì)的電信號(hào)輸出端與外圍設(shè)備中的數(shù)字示波器連接。所述的多通道輻射高溫計(jì)的測試波長包含連續(xù)激光器的工作波長。[0007]所述的連續(xù)激光器的數(shù)量大于2。所述的高速聲光調(diào)制器數(shù)量、連續(xù)激光器數(shù)量、光纖合束器(5)輸入端的光纖數(shù)量對(duì)應(yīng)設(shè)置。本實(shí)用新型中的連續(xù)激光器輸出激光功率可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，且輸出激光經(jīng)高速聲光調(diào)制器調(diào)制成能量比值恒定的兆赫重復(fù)頻率的雙脈沖激光，前脈沖激光在沖擊波到達(dá)被測樣品表面之前照射在被測樣品表面上，后脈沖激光在沖擊波到達(dá)被測樣品表面時(shí)刻照射在被測樣品表面上，同時(shí)后脈沖激光與因沖擊波到達(dá)被測樣品表面時(shí)產(chǎn)生的熱輻射光信號(hào)疊加。本實(shí)用新型中的多通道輻射高溫計(jì)用于接收被測樣品表面反射的雙脈沖激光信號(hào)及因沖擊波到達(dá)被測樣品表面而產(chǎn)生的熱福射光信號(hào)。被測樣品表面反射的雙脈沖激光信號(hào)中的前反射脈沖激光信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測樣品表面沖擊之前的狀態(tài)，被測樣品表面反射的雙脈沖激光信號(hào)中的后反射脈沖激光信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測樣品表面沖擊后的狀態(tài)。由沖擊前后被測樣品表面反射的雙脈沖激光信號(hào)的幅度值及熱輻射光信號(hào)幅度值，根據(jù)能量守恒定律、Kirchhoff定律和Planck定律進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可求出被測樣品的光譜發(fā)射率及沖擊溫度。本實(shí)用新型的有益效果是，光信號(hào)全部在光纖中傳輸，便于復(fù)雜環(huán)境中測量。連續(xù)激光器輸出功率可連續(xù)獨(dú)立調(diào)節(jié)，雙脈沖激光時(shí)間響應(yīng)快，能夠?qū)崟r(shí)反映沖擊前后被測樣品表面反射率的變化情況，適用于不同溫度范圍內(nèi)的光譜發(fā)射率及沖擊溫度的測量。

圖1為本實(shí)用新型的光譜發(fā)射率及沖擊溫度實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1.第一連續(xù)激光器 2.第二連續(xù)激光器3.第一高速聲光調(diào)制器 4.第二高速聲光調(diào)制器 5.光纖 合束器 6.雙光纖探頭 7.被測樣品 8.多通道輻射高溫計(jì) 9.數(shù)字示波器。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1圖1為本實(shí)用新型的光譜發(fā)射率及沖擊溫度實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)用新型的沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，含有η個(gè)不同波長的連續(xù)激光器、用于將連續(xù)激光器的輸出激光調(diào)制成能量比值恒定的兆赫重復(fù)頻率的雙脈沖激光的m個(gè)高速聲光調(diào)制器、光纖合束器5、雙光纖探頭6、多通道輻射高溫計(jì)8、數(shù)字示波器9 ;連續(xù)激光器分別通過光纖與對(duì)應(yīng)的高速聲光調(diào)制器連接，高速聲光調(diào)制器通過光纖分別與光纖合束器5的每一個(gè)輸入端口連接，光纖合束器5的輸出端口與雙光纖探頭6中的一支光纖相連用于將脈沖激光準(zhǔn)直并照射被測樣品7表面，雙光纖探頭6中的另一支光纖用于收集被測樣品表面反射的激光脈沖和被測樣品7沖擊后的高溫?zé)彷椛湫盘?hào)光，并與多通道輻射高溫計(jì)8連接；多通道輻射高溫計(jì)8的電信號(hào)輸出端與外圍設(shè)備中的數(shù)字示波器9連接。所述的多通道輻射高溫計(jì)8的測試波長包含連續(xù)激光器的工作波長。所述的連續(xù)激光器的數(shù)量大于2。[0019]所述的高速聲光調(diào)制器數(shù)量、連續(xù)激光器數(shù)量、光纖合束器5輸入端的光纖數(shù)量對(duì)應(yīng)設(shè)置。本實(shí)施例中，連續(xù)激光器設(shè)置數(shù)量為三個(gè)，第一連續(xù)激光器1、第二連續(xù)激光器2是其中兩個(gè)。高速聲光調(diào)制器設(shè)置數(shù)量為三個(gè)，第一高速聲光調(diào)制器3、第二高速聲光調(diào)制器4是其中兩個(gè)。所述的光纖合束器5的輸入端為多根光纖端口輸入、單根光纖端口輸出的合束器，光纖合束器5的輸入端的光纖數(shù)量為三個(gè)。本實(shí)用新型中的連續(xù)激光器、高速聲光調(diào)制器、光纖合束器、雙光纖探頭和多通道輻射高溫計(jì)之間通過光纖連接，光纖之間通過光纖法蘭盤連接，多同輻射高溫計(jì)與數(shù)字示波器之間通過電纜連接。連續(xù)激光器、高速聲光調(diào)制器、光纖合束器的輸入端口依次連接，光纖合束器的輸出端與雙光纖探頭中用于將調(diào)制的雙脈沖激光傳輸至被測樣品表面的一支光纖連接，雙光纖探頭中用于接收被測樣品表面反射的脈沖激光信號(hào)及沖擊熱輻射光信號(hào)的另一支光纖與多通道輻射高溫計(jì)連接，多通道輻射高溫計(jì)的信號(hào)輸出端與外圍設(shè)備中的數(shù)字示波器連接。所述的連續(xù)激光器輸出激光經(jīng)高速聲光調(diào)制器調(diào)制成能量比值恒定的兆赫重復(fù)頻率的雙脈沖激光，各波長的連續(xù)激光器輸出功率可連續(xù)獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述的多通道輻射高溫計(jì)的測試通道波長包含實(shí)際使用的連續(xù)激光器的工作波長，各測試通道信號(hào)輸出應(yīng)在多通道輻射高溫計(jì)的動(dòng)態(tài)線性響應(yīng)范圍內(nèi)。本實(shí)用新型的沖擊溫度及光譜發(fā)射率實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)的工作過程是:實(shí)驗(yàn)前先測出被測樣品在常態(tài)下的光譜反射率，以及用標(biāo)準(zhǔn)光源定出多通道輻射高溫計(jì)各通道的光譜響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)各波長連續(xù)激光器的輸出功率控制反射脈沖激光信號(hào)幅度；通過控制各高速聲光調(diào)制器的工作時(shí)刻，使調(diào)制的各波長的雙脈沖激光在沖擊波到達(dá)被測樣品表面前后分別照射在被測樣品表面；雙光纖探頭收集的反射光信號(hào)及被測樣品被沖擊后發(fā)射的熱輻射光信號(hào)進(jìn)入多通道輻射高溫計(jì)后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并由數(shù)字示波器記錄。數(shù)字示波器記錄實(shí)驗(yàn)信號(hào)上的前脈沖 激光對(duì)應(yīng)于被測樣品在沖擊前的表面狀態(tài)，與常態(tài)下被測樣品的光譜反射率相關(guān)，而后脈沖激光信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測樣品在沖擊后的表面狀態(tài)，與沖擊狀態(tài)下的光譜反射率相關(guān)，并同時(shí)與因沖擊波到達(dá)樣品表面時(shí)產(chǎn)生的熱輻射光信號(hào)疊加。在考慮沖擊前后光信號(hào)耦合因子變化的情況下，由實(shí)驗(yàn)測得的沖擊前后被測樣品表面反射的雙脈沖激光信號(hào)的幅度值及熱輻射光信號(hào)幅度值，結(jié)合實(shí)驗(yàn)前測得的常態(tài)下被測樣品的光譜反射率及由標(biāo)準(zhǔn)光源定出的多通道輻射高溫計(jì)各通道的光譜響應(yīng)等參數(shù)，根據(jù)能量守恒定律、Kirchhoff定律和Planck定律,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可求出被測樣品的光譜發(fā)射率及沖擊溫度。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，連續(xù)激光器設(shè)置數(shù)量為七個(gè)。高速聲光調(diào)制器設(shè)置數(shù)量為七個(gè)。光纖合束器的輸入端的光纖數(shù)量為七個(gè)。
權(quán)利要求1.一種沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，其特征是，所述的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)中含有數(shù)個(gè)不同波長的連續(xù)激光器、用于將連續(xù)激光器的輸出激光調(diào)制成能量比值恒定的兆赫重復(fù)頻率的雙脈沖激光的數(shù)個(gè)高速聲光調(diào)制器、光纖合束器(5)、雙光纖探頭(6)、多通道輻射高溫計(jì)(8)、數(shù)字示波器(9);其連接關(guān)系是，所述的連續(xù)激光器分別通過光纖與對(duì)應(yīng)的高速聲光調(diào)制器連接，高速聲光調(diào)制器通過光纖分別與光纖合束器(5)的每一個(gè)輸入端口連接，光纖合束器(5)的輸出端口與雙光纖探頭(6)中的一支光纖相連用于將脈沖激光準(zhǔn)直并照射被測樣品(7)表面，雙光纖探頭(6)中的另一支光纖用于收集被測樣品表面反射的激光脈沖和被測樣品(7)沖擊后的高溫?zé)彷椛湫盘?hào)光，并與多通道輻射高溫計(jì)(8)連接；多通道輻射高溫計(jì)(8)的電信號(hào)輸出端與外圍設(shè)備中的數(shù)字示波器(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，其特征是，所述的多通道輻射高溫計(jì)(8)的測試波長包含連續(xù)激光器的工作波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，其特征是，所述的連續(xù)激光器的數(shù)量大于2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，其特征是，所述的高速聲光調(diào)制器數(shù)量、連續(xù)激光器數(shù)量、光纖合束器(5 )輸入端的光纖數(shù)量對(duì)應(yīng)設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種沖擊溫度及光譜發(fā)射率的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，所述的測量系統(tǒng)中的連續(xù)激光器的輸出激光經(jīng)高速聲光調(diào)制器調(diào)制成能量比值恒定的雙脈沖激光，分別在沖擊波到達(dá)被測樣品表面時(shí)刻的前后照射在被測樣品表面上，同時(shí)與被測樣品因沖擊而產(chǎn)生的熱輻射光信號(hào)一起被雙光纖探頭接收，由多通道輻射高溫計(jì)進(jìn)行探測。通過測量雙脈沖激光信號(hào)幅度的變化及熱輻射光信號(hào)幅度，可同時(shí)計(jì)算得到被測樣品的光譜發(fā)射率及沖擊溫度。本實(shí)用新型中的光信號(hào)全部在光纖中傳輸，便于復(fù)雜環(huán)境中測量，連續(xù)激光器輸出功率可連續(xù)獨(dú)立調(diào)節(jié)，雙脈沖激光時(shí)間響應(yīng)快，能夠?qū)崟r(shí)反映沖擊前后被測樣品表面反射率的變化情況，適用于不同溫度范圍內(nèi)的光譜發(fā)射率及沖擊溫度的測量。
文檔編號(hào)G01N21/25GK203132985SQ20132016920
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者李加波, 周顯明, 曾小龍, 李俊, 葉素華, 賈路峰, 王為, 傅秋衛(wèi), 李賽男, 陶天炯, 翁繼東, 王翔, 陳宏 , 劉盛剛, 汪小松, 向耀民 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院流體物理研究所