本發(fā)明涉及壓縮科學(xué)實驗技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及一種適合于mc-1柱面準(zhǔn)等熵壓縮技術(shù)的測量結(jié)構(gòu)及測量方法。

背景技術(shù)：

柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器(以下簡稱mc-1)是利用炸藥爆炸驅(qū)動金屬筒體壓縮其空腔內(nèi)的初始磁通量，將炸藥化學(xué)能轉(zhuǎn)化為磁場能，使之在軸線附近體積內(nèi)聚積，形成超強磁場，并對其中的樣品靶實現(xiàn)準(zhǔn)等熵壓縮，其具有加載壓力高(tpa)，溫升低(1000k量級)、樣品尺寸大和等熵好的特定。

目前，國際上在利用mc-1開展準(zhǔn)等熵壓縮材料物理實驗時，主要是利用閃光照相技術(shù)實現(xiàn)對材料壓縮狀態(tài)的動態(tài)觀測(陰影照相，類似醫(yī)院的x光照片)，配合磁流體動力學(xué)編碼最終獲得材料壓縮狀態(tài)實驗數(shù)據(jù)。這種研究方法存在三方面的問題，一是對實驗條件要求較高，需要高能、高分辨率的閃光照相設(shè)備；二是mc-1實驗裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且存在運動模糊等問題導(dǎo)致利用閃光照相方法獲得的數(shù)據(jù)精度是極為有限的，其獲得的實驗數(shù)據(jù)精度也僅約為20％，達不到精密物理實驗的需要；三是利用閃光照相方法每次實驗只能獲得有限幾幅照片，因而獲得的數(shù)據(jù)量有限，僅有幾個離散時間點的數(shù)據(jù)。

另外國內(nèi)也有利用激光測速法測量柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶內(nèi)壁自由面速度的方法獲得材料高壓物性數(shù)據(jù)，雖然該方法能夠克服上述閃光照相方法難以獲得高精度連續(xù)的自由面速度數(shù)據(jù)的問題，但是由于其難以獲得非透明材料的界面速度，給后續(xù)的數(shù)據(jù)帶來了困難，并且導(dǎo)致其最終得到的高壓物性數(shù)據(jù)精度受限。

本發(fā)明提出了適合于mc-1柱面準(zhǔn)等熵壓縮的新測量結(jié)構(gòu)及測量方法，該新測量結(jié)構(gòu)及測量方法通過新型的雙層筒狀準(zhǔn)等熵壓縮靶設(shè)計，以及利用磁感應(yīng)原理測量界面速度，激光測速法測量樣品靶內(nèi)壁自由面速度，解決了難以同時獲得界面和自由面速度的難題。本測量方法不需要復(fù)雜的閃光照相裝置，大大降低了測量的技術(shù)難度，并顯著提高了高壓物性數(shù)據(jù)精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適合于mc-1柱面準(zhǔn)等熵壓縮的測量結(jié)構(gòu)及測量方法，解決現(xiàn)有mc-1準(zhǔn)等熵壓縮物理實驗存在的測量數(shù)據(jù)量有限，難以同時獲得界面和自由面速度的難題，以及測量精度較低的問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種適合于mc-1柱面準(zhǔn)等熵壓縮的測量結(jié)構(gòu)，包括金屬筒體，在金屬筒體的內(nèi)部軸線處設(shè)置有柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶，在柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的內(nèi)部軸線處安裝有測量探頭；通過樣品管限位塞將測量探頭限位固定到柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的端部，使測量探頭的至少一路激光測量點和至少一個磁感應(yīng)線圈位于柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的中平面上。

所述的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶為兩層中空管形靶，包括軸向長度相等的絕緣待測材料區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)，絕緣待測材料區(qū)為柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的內(nèi)壁，標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)為柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的外壁，絕緣待測材料區(qū)和標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)的軸線與金屬筒體的軸線位于同一直線，且共中平面。進一步的，上述柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶設(shè)計為雙層筒狀結(jié)構(gòu)，柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶外層為柱面標(biāo)準(zhǔn)材料區(qū)，內(nèi)層為絕緣待測材料區(qū)。絕緣待測材料區(qū)和標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)長度相等，實驗裝配時保證柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的軸線與金屬筒體的軸線位于同一直線，且共中平面。

所述的測量探頭包括多路激光測速光纖探針、支撐定位桿和絕緣保護套，所述支撐定位桿位于測量探頭的軸線上，多路激光測速光纖探針按特定軸向和周向排布粘接固定在支撐定位桿上；絕緣保護套設(shè)置在激光測速光纖探針、支撐定位桿外部，且激光測速光纖探針的激光束能夠無遮擋地通過絕緣保護套的開孔。進一步的，上述測量探頭包括至少一路激光測速光纖探針、支撐定位桿、絕緣保護套、和至少一個磁感應(yīng)線圈。測量探頭裝配時，首先在支撐定位桿中平面凹槽處使用絕緣細(xì)導(dǎo)線繞制磁感應(yīng)線圈，并將其引線雙絞后經(jīng)過支撐定位桿的軸向線槽引出；然后將至少一路激光測速光纖探針周向均布地粘接到支撐定位桿上，并激光測速光纖探針的激光測量點位于支撐定位桿中平面上；而后套裝絕緣保護套，并保證激光測速光纖探針的激光束能夠無遮擋地通過絕緣保護套的開孔，并利用兩個測量探頭限位塞進行限位固定；最后使用絕緣細(xì)導(dǎo)線在套裝絕緣保護套開孔邊分別繞制至少一個磁感應(yīng)線圈，并將該磁感應(yīng)線圈的引線雙絞后沿絕緣保護套外壁軸向引出。

還包括至少1個第一磁感應(yīng)線圈，所述第一磁感應(yīng)線圈設(shè)置在支撐定位桿的中平面的環(huán)向凹槽處，由絕緣細(xì)導(dǎo)線周向方向纏繞而成，其引線雙絞后經(jīng)由支撐定位桿的軸向線槽引出。

還包括第二磁感應(yīng)線圈，所述第二磁感應(yīng)線圈設(shè)置在絕緣保護套開孔邊緣，由絕緣細(xì)導(dǎo)線沿絕緣保護套外表面周向方向纏繞，并將其引線雙絞后沿絕緣保護套的軸向引出。

基于上述的測量結(jié)構(gòu)的測量方法如下：

(a)安裝測量探頭：利用樣品管限位塞將測量探頭限位固定于柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的軸線處，并使測量探頭的至少一路激光測速光纖探針的激光測量點和至少一個第二磁感應(yīng)線圈位于柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的中平面上；

(b)布置柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶：將裝配有測量探頭的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶安裝在金屬筒體的軸線處，并保證柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的中平面與金屬筒體的對稱面重合；

(c)柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器的兩個線圈通電，在金屬筒體內(nèi)部建立初始磁場；

(d)當(dāng)初始磁場的強度臨近最大值時，利用同步起爆網(wǎng)絡(luò)引爆炸藥環(huán)，驅(qū)動金屬筒體高速內(nèi)爆壓縮內(nèi)部磁場，磁場對其中的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶施加磁壓力；

(e)分別測量多路激光測速光纖探針和多個第一磁感應(yīng)線圈、第二磁感應(yīng)線圈的輸出信號，從而得到柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶內(nèi)表面自由面速度歷史和感應(yīng)電壓信號；

(f)數(shù)據(jù)處理：首先由第一磁感應(yīng)線圈、第二磁感應(yīng)線圈測量得到的感應(yīng)電壓信號進行數(shù)據(jù)處理獲得磁場-時間曲線，而后依據(jù)磁通守恒原則及相應(yīng)的修正算法獲得絕緣待測材料區(qū)和標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)界面速度歷史；

(g)最后該界面速度歷史結(jié)合由激光測速光纖探針獲得的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶內(nèi)表面自由面速度歷史，利用流體動力學(xué)編碼，最終獲得絕緣待測材料區(qū)的高壓物性數(shù)據(jù)。

本發(fā)明創(chuàng)新性地利用磁場可以穿透絕緣材料的性質(zhì)，及柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器在靶區(qū)存在初始背景磁場的特點，利用磁感應(yīng)的原理測量絕緣待試材料和外層金屬材料界面速度歷史。這樣能夠同時獲得自由面和界面速度歷史，可以為磁流體動力學(xué)編碼的提供高精度的速度信息，因而能夠最終得到待測材料高精度的高壓物性數(shù)據(jù)。

本發(fā)明改變了柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的結(jié)構(gòu)，將柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶直接設(shè)置為等高的一體結(jié)構(gòu)，即絕緣待測材料區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)高度相等，絕緣待測材料區(qū)設(shè)定在內(nèi)層，標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)設(shè)定在外層，絕緣待測材料區(qū)與標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)同軸緊密配合安裝，所安裝形成的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶為中心對稱結(jié)構(gòu)；通過將柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的兩端都設(shè)置為一樣的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，使之受到的磁壓力都均勻、相等，解決了因誤差因素影響測量精度的問題。

還包括樣品管限位塞，所述樣品管限位塞與柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的端面匹配，且位于安裝有測量探頭的一端。進一步的，樣品管限位塞安裝在設(shè)定有測量探頭的一端，因為測量探頭的測量點必須位于柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的中平面上，柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶有多個沿徑向方向的面，該中平面是指多個沿徑向方向的面中位于中間的那個面，樣品管限位塞用于穩(wěn)定測量探頭，從而保證測量探頭的測量點位于中平面上。

相比現(xiàn)有的mc-1柱面準(zhǔn)等熵壓縮實驗僅僅只能對待測材料自由面速度數(shù)據(jù)進行測定，本發(fā)明創(chuàng)新性地利用磁場可以穿透絕緣材料的性質(zhì)，及柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器在靶區(qū)存在初始背景磁場的特點，利用磁感應(yīng)的原理測量絕緣待試材料和外層金屬材料界面速度歷史。這樣能夠同時獲得自由面和界面速度歷史，可以為磁流體動力學(xué)編碼的提供高精度的速度信息，因而能夠最終得到待測材料的高壓物性數(shù)據(jù)的精度大幅提高，且使數(shù)據(jù)處理過程簡化。同時因為利用激光測速技術(shù)進行內(nèi)表面自由面速度的測量，以及利用磁感應(yīng)的方法測量界面速度歷史，可以大幅度提高現(xiàn)有的mc-1柱面準(zhǔn)等熵壓縮實驗的數(shù)據(jù)測量精度、并且能夠降低測量的困難度，不需要昂貴的閃光照相設(shè)備。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

(1)本發(fā)明創(chuàng)新性地利用磁場可以穿透絕緣材料的性質(zhì)，及柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器在靶區(qū)存在初始背景磁場的特點，利用磁感應(yīng)的原理測量絕緣待試材料和外層金屬材料界面速度歷史。同時利用激光測速技術(shù)進行筒狀樣品靶內(nèi)表面自由面速度的測量，這樣能夠同時獲得自由面和界面速度歷史，可以為磁流體動力學(xué)編碼的提供完整和高精度的速度信息，這樣能夠簡化后續(xù)數(shù)據(jù)處理，并大大提高了待測材料的高壓物性數(shù)據(jù)的精度；

(2)由于采用激光測速和磁感應(yīng)測速方法，避免了在閃光照相技術(shù)中需要的大型閃光設(shè)備，并能夠獲得連續(xù)的數(shù)據(jù)信號；

(3)本發(fā)明改變了柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的結(jié)構(gòu)，將柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶直接設(shè)置為等高的一體結(jié)構(gòu)，即絕緣待測材料區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)高度相等，絕緣待測材料區(qū)設(shè)定在內(nèi)層，標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)設(shè)定在外層，絕緣待測材料區(qū)與標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)同軸緊密配合安裝，所安裝形成的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶為中心對稱結(jié)構(gòu)；避免現(xiàn)有柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶中要求解決了樣品靶所受到的磁壓力關(guān)于中平面必須對稱和均勻的要求，可顯著提高數(shù)據(jù)測量精度。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中標(biāo)記及對應(yīng)的零部件名稱：

1-金屬筒體，2-線圈，3-炸藥環(huán)，4-同步起爆網(wǎng)絡(luò)，5-測量探頭，6-絕緣待測材料區(qū)，7-標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)，8-樣品管限位塞，501-激光測速光纖探針，502-支撐定位桿，503-絕緣保護套，504-第一磁感應(yīng)線圈，505-第二磁感應(yīng)線圈，9-測量探頭限位塞。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

如圖1、圖2所示，本發(fā)明一種適合于mc-1柱面準(zhǔn)等熵壓縮的測量結(jié)構(gòu)及測量方法，本實施例是對絕緣材料進行的柱面準(zhǔn)等熵壓縮實驗，獲得其高壓物性數(shù)據(jù)。實驗裝置包括柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器，柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器包括一個金屬筒體1，金屬筒體1的外側(cè)對稱設(shè)置有兩個線圈2，在兩個線圈2之間有一個炸藥環(huán)3，炸藥環(huán)3外側(cè)設(shè)置有同步起爆網(wǎng)絡(luò)4，在金屬套筒1的內(nèi)部設(shè)置有柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶，柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶為雙層筒狀結(jié)構(gòu)，其外層為標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)7、內(nèi)層為絕緣待測材料區(qū)6。準(zhǔn)金屬材料區(qū)7和絕緣待測材料區(qū)6軸向高度相同，并緊配合安裝為一體。柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶軸線處設(shè)置有測量探頭5，測量探頭5包含2個激光測速光纖探針501和2個第一磁感應(yīng)線圈504，1個第二磁感應(yīng)線圈505，設(shè)置多組探頭和線圈可獲得更多的實驗數(shù)據(jù)，其可以互為備份，保證了實驗數(shù)據(jù)獲取成功率，并有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。

測量探頭5包括兩個激光測速光纖探針501、支撐定位桿502、絕緣保護套503、第一磁感應(yīng)線圈504和第二磁感應(yīng)線圈505，測量探頭5裝配時，首先在支撐定位桿502中平面環(huán)向凹槽處使用絕緣細(xì)導(dǎo)線繞制第二磁感應(yīng)線圈505，并將其引線雙絞后經(jīng)過支撐定位桿502的軸向線槽引出；然后將兩個激光測速光纖探針501粘接到支撐定位桿502上，粘接時使兩個激光測速光纖探針501呈180度，且其出光點位于支撐定位桿502中平面上；而后套裝絕緣保護套503，并保證兩個激光測速光纖探針501的激光束能夠無遮擋地通過絕緣保護套503的開孔，并利用兩個測量探頭限位塞9進行限位固定；最后使用絕緣細(xì)導(dǎo)線在套裝絕緣保護套503開孔邊分別繞制磁感應(yīng)線圈504，并將兩個第一磁感應(yīng)線圈504的引線雙絞后沿絕緣保護套503外壁軸向引出。

基于上述的測量結(jié)構(gòu)的測量方法如下：

(a)安裝測量探頭5：利用樣品管限位塞8將測量探頭5限位固定于柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的軸線處，并使測量探頭5的至少一路激光測速光纖探針501的激光測量點和至少一個第二磁感應(yīng)線圈505位于柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的中平面上；

(b)布置柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶：將裝配有測量探頭5的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶安裝在金屬筒體1的軸線處，并保證柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶的中平面與金屬筒體1的對稱面重合；

(c)柱面內(nèi)爆磁通量壓縮發(fā)生器的兩個線圈2通電，在金屬筒體1內(nèi)部建立初始磁場；

(d)當(dāng)初始磁場的強度臨近最大值時，利用同步起爆網(wǎng)絡(luò)4引爆炸藥環(huán)3，驅(qū)動金屬筒體(1)高速內(nèi)爆壓縮內(nèi)部磁場，磁場對其中的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶施加磁壓力；

(e)分別測量多路激光測速光纖探針501和多個第一磁感應(yīng)線圈504、第二磁感應(yīng)線圈(505)的輸出信號，從而得到柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶內(nèi)表面自由面速度歷史和感應(yīng)電壓信號；

(f)數(shù)據(jù)處理：首先由第一磁感應(yīng)線圈504、第二磁感應(yīng)線圈505測量得到的感應(yīng)電壓信號進行數(shù)據(jù)處理獲得磁場-時間曲線，而后依據(jù)磁通守恒原則及相應(yīng)的修正算法獲得絕緣待測材料區(qū)(6)和標(biāo)準(zhǔn)金屬材料區(qū)7界面速度歷史；

(g)最后該界面速度歷史結(jié)合由激光測速光纖探針501獲得的柱面準(zhǔn)等熵壓縮靶內(nèi)表面自由面速度歷史，利用流體動力學(xué)編碼，最終獲得絕緣待測材料區(qū)6的高壓物性數(shù)據(jù)。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。