The invention discloses a system for measuring the three-dimensional structure of hypervelocity impact debris cloud, which includes: a target chamber for simulating space environment; a target surface arranged in the target chamber, where the projectile collides with the target surface to generate debris cloud; a velocimeter for measuring the velocity of the projectile and calculating the movement time of the projectile to the target surface; and a pulse excitation device for calculating the motion time of the projectile to the target surface. A light transmitter emits a laser towards the debris cloud; a beam expander expands and aligns the output light of the pulse laser; a first lens module realizes the reduction of the beam passing through the debris cloud; a CCD camera records the hologram of the debris cloud; a digital delay generator; and a filter module, which is installed in the CC. In front of the D camera, the laser is weakened to improve the signal-to-noise ratio; the oscilloscope records the velocimeter, the exposure time sequence of the CCD camera and the photovoltage signal of the laser; the calculation module collects the hologram of the debris cloud recorded by the CCD camera and reconstructs it with the hologram reconstruction software to obtain the three-dimensional structure and debris size of the debris cloud.
【技术实现步骤摘要】
一种测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统及方法
本专利技术涉及超高速数字全息三维测量
,特别涉及一种测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统及方法。
技术介绍
随着人类对外太空的不断探索和开发以及航空航天技术的迅猛发展,造成末级火箭、卫星爆炸、火箭发动机的燃烧剩余物以及剥落下来的漆片、涂层等构成的空间碎片数量急剧增加,且大多位于近地轨道上。这些空间碎片的速度范围一般在几千米每秒至几十千米每秒之间,对在轨航天器的安全构成了极大的威胁。高速撞击过程中弹靶材料会发生大变形、碎裂以及应力波作用导致的层裂破坏现象,形成碎片云。当碰撞速度很高时,弹靶材料的压力和温度极高,碎片云会发生熔化、汽化甚至变成离子体等物理现象。研究超高速碰撞产生的碎片云三维结构特征,深入分析碎片对航天器可能造成的危害,可以为航天器的防护设计提供设计思路和依据,以满足航天科技不断发展所带来的安全需求。现有技术在超高速碰撞碎片云的研究工作中,主要基于实验所得的碎片云图像对碎片云的结构做细致的分析。一般超高速碰撞碎片云的运动速度达到几千米每秒,整个试验观察过程仅有几十微秒,为了对超高速运动碎片云的图像进行记录,要确保图像的曝光时间足够短,以减少超高速运动引起的图像模糊失真。纳秒级光电快门能够实现很短的曝光时间,但设备昂贵,且对我国实行禁运和技术封锁。关于超高速碰撞碎片云三维结构的测量试验,国内外尚未查到相关资料。因此,如何实现有效的超高速碰撞碎片云三维结构的测量试验的同时,降低测量成本具有十分重大的意义。
技术实现思路
本专利技术提供了一种测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统,实现超高速碰撞碎片云图像的记录 ...
【技术保护点】
1.一种测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统,其特征在于,包括:靶室,用于模拟太空环境;靶面,布置在所述靶室内,弹丸碰撞该靶面后产生碎片云;测速仪,用于测量弹丸的运动速度并计算弹丸到靶面的运动时间;脉冲激光器,朝向所述碎片云发出激光;扩束器,对所述脉冲激光器的出射光进行扩束和准直;第一透镜模块,实现对通过所述碎片云的光束进行缩小;CCD相机,记录所述碎片云的全息图;数字延时发生器,用来接收所述测速仪的电压信号,控制所述CCD相机开始曝光以及所述脉冲激光器出光电压信号的发出;滤光片模块,安装在所述CCD相机前;示波器,记录所述测速仪,所述CCD相机曝光和激光出光电压信号的时序;计算模块,采集CCD相机记录的碎片云全息图并用全息图重建软件重建,得到碎片云的三维结构和碎片大小。
【技术特征摘要】
1.一种测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统,其特征在于,包括:靶室,用于模拟太空环境;靶面,布置在所述靶室内,弹丸碰撞该靶面后产生碎片云;测速仪,用于测量弹丸的运动速度并计算弹丸到靶面的运动时间;脉冲激光器,朝向所述碎片云发出激光;扩束器,对所述脉冲激光器的出射光进行扩束和准直;第一透镜模块,实现对通过所述碎片云的光束进行缩小;CCD相机,记录所述碎片云的全息图;数字延时发生器,用来接收所述测速仪的电压信号,控制所述CCD相机开始曝光以及所述脉冲激光器出光电压信号的发出;滤光片模块,安装在所述CCD相机前;示波器,记录所述测速仪,所述CCD相机曝光和激光出光电压信号的时序;计算模块,采集CCD相机记录的碎片云全息图并用全息图重建软件重建,得到碎片云的三维结构和碎片大小。2.如权利要求1所述的测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统,其特征在于,所述滤光片模块包括中性滤光片。3.如权利要求2所述的测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统,其特征在于,所述中性滤光片安装在碎片云颗粒场后,CCD相机前。4.如权利要求2所述的测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统,其特征在于,所述滤光片模块还包括532nm带通滤光片。5.如权利要求1所述的测量超高速碰撞碎片云三维结构的系统,其特征在于,所述第一透镜模块包括两块凸透镜,两块凸透镜的大小分别为8~12cm和3~7...
【专利技术属性】
技术研发人员:周永刚,吴学成,吴迎春,薛志亮,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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