球面激波产生方法技术

本发明专利技术的球面激波产生方法与装置以及形成的压力传感器动态校准装置三个技术方案，属于激波产生、压力传感器动态校准技术领域，该球面激波产生方法是在空间利用激光照射加热干冰块瞬间转化为CO2气体并膨胀产生球面激波；产生装置有：单片机或计算机系统及其控制的弹射机构、激光机构、测速机构、高速摄像机构和干冰块；动态校准装置还包括校准机构的标准压力传感器、被校准压力传感器、信号线缆、数据采集机构；以球面激波作校准机构的信号源，经标准与被校准压力传感器进行测量比对，得出被校准压力传感器的动态校准结果；本发明专利技术的方法与装置优点有：方法创新，在空间形成了理想的球面激波；动态校准装置优点有：便于溯源，能提高动态校准精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开的属于激波产生
及压力传感器动态校准
，具体涉及的是一种在空间产生理想球面激波的方法及压力传感器动态校准装 置。
技术介绍
在火炮膛压测试及爆炸冲击波超压测试等压力动态测试领域中，被测的压力信号 具有上升时间短、峰值高、脉冲宽度窄等特点，这对测试所用的压力传感器性能指标提出了 很高的要求。在实际测试之前，须对压力传感器进行动态校准，动态校准可以衡量压力传感 器的动态性能指标，对于整个测试是非常有益的。 以信号的特点可将动态校准方法所产生的压力信号分为两类：一是阶跃压力信 号，常用的校准装置为激波管；二是准S函数脉冲压力信号，常用的校准装置有高静压下 准δ函数脉冲压力校准装置、落锤校准装置等。 激波管校准法是公认的压力传感器动态校准的可靠方法之一，激波管校准装置是 利用激波管内部高压室与低压室间的压差使两室之间的膜片破裂，高压室气体迅速进入低 压室形成激波，激波在管内传播，在测量段用于压力传感器的动态校准。由于激波管校准装 置是以破膜方式产生激波，阶跃压力信号上升沿时间较长，且激波管产生的激波为平面波。 本专利技术利用激光照射加热干冰，在空间中产生近似理想的球面激波，该球面激波 产生的阶跃压力信号上升沿时间较短。利用大脉冲能量激光器照射加热悬于半空中的干冰 块，使干冰块瞬间转化为C0 2气体并膨胀产生球面激波；另外，为了不使干冰块的自身动能 影响球面激波而采用坚直向上发射干冰块的方法，待干冰块静止时再对其照射加热。如此 方法产生的C0 2气体激波更加接近于理想的球面激波，且该球面激波产生的阶跃压力信号 上升沿时间更短，应用于压力传感器校准的效果更好。
技术实现思路
本专利技术的目的是：向社会提供及其产生装置，以及基于球面激 波产生方法形成的压力传感器动态校准装置三个技术方案。 本专利技术的技术方案包括及其产生装置，以及基于球面激波产生 方法形成的压力传感器动态校准装置三部分。 本专利技术关于的技术方案是这样的：这种，技 术特点在于：所述的是在空间利用激光照射加热干冰块瞬间转化为C0 2 气体并膨胀产生球面激波的方法。 根据以上所述的，技术特点还有：所述的是 由单片机系统或计算机系统控制弹射机构对空间坚直向上发射干冰块，并当干冰块向上速 度为零的瞬间控制激光机构发出激光对准干冰块照射加热，干冰块迅速气化膨胀在空间 产生或形成近似理想的球面激波，在干冰块静止时对其照射加热从原理上保证了能产生球 面激波。 根据以上所述的，技术特点还有：所述的单片机系统或计算机 系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸撞击可制冷的承载杆，干冰块置于圆 柱形承载杆上端，承载杆保持温度不高于干冰块的温度，保证了干冰块形状为规则球形，由 撞击产生的应力波将干冰块向上弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱形、圆截面 积相等且截面半径R选择1厘米~1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米飞.5厘米。 根据以上所述的，技术特点还有：所述的单片机系统或计算机 系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制的一台钇铝石榴石晶体激光器，即 Nd:YAG激光器，该激光器型号如是TITAN 5,在干冰块向上的速度为零的瞬间控制该钇铝石 榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束，单脉 冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒两项技术指标可保证干冰块瞬间气化。 根据以上所述的，技术特点还有：所述的单片机系统或计算机 系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2毫米飞.8毫米，发射初速度V选择4. 43 米/秒飞.42米/秒，发射初速度决定了干冰块能够上升的高度。 根据以上所述的，技术特点还有：a.所述的单片机系统或计算 机系统还控制有1?速摄像机构，该机构由1?速摄像机为主构成，该1?速摄像机记录速度大 于100000帧/秒，此外还有控制高速摄像机动作的控制器，镜头带有一系列同心圆环形刻 度，圆环形刻度用于测量球面激波的波速，镜头中心距离弹射机构承载杆上端的高度选择 为1米~1. 5米，此高度由干冰块发射初速度确定，目的是保证干冰块能静止于高速摄像机 镜头中心的位置，根据公知公用的牛顿运动学定律，忽略干冰块向上运动时所受的空气阻 力，干冰块所受唯一的外力为其重力，由公式：v t2=2gh，可知：初速度vt为4. 43米/秒时对 应高度h为1米，初速度vt为5. 42米/秒时对应高度h为1. 5米，公式中g为重力加速度， 发射初速度、高度与在发射前的情况对应统一。b.所述的单片机系统或计算机系统还控制 有测速机构，该机构由受控制的超声波测速仪为主构成，该超声波测速仪测量干冰块向上 飞行速度，当干冰块向上速度为零时发送反馈信号给单片机系统或计算机系统，单片机系 统或计算机系统接收到反馈信号后立即控制激光机构发射激光照射干冰块。 关于采用的球面激波产生装置的技术方案是这样的：这种球面 激波产生装置，技术特点在于：所述的球面激波产生装置包括有：单片机系统或计算机系 统及其控制的弹射机构、激光机构、测速机构、高速摄像机构和干冰块。 根据以上所述的球面激波产生装置，详细技术特点还有：a.所述的单片机系统或 计算机系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸撞击可制冷的承载杆，干冰块 置于圆柱形承载杆上端，承载杆保持温度不高于干冰块的温度，保证了干冰块形状为规则 球形，由撞击产生的应力波将干冰块向上弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱 形、圆截面积相等且截面半径R选择1厘米~1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米飞.5厘米。 b.所述的单片机系统或计算机系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制的一 台钇铝石榴石晶体激光器，即Nd:YAG激光器，该激光器型号如是TITAN 5,在干冰块向上的 速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时 间小于25纳秒的激光束，单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒两项技术指标 可保证干冰块瞬间气化。c.所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机 构由高速摄像机为主构成，该高速摄像机记录速度大于100000巾贞/秒，此外还有控制高速 摄像机动作的控制器，镜头带有一系列同心圆环形刻度，圆环形刻度用于测量球面激波的 波速，镜头中心距离弹射机构承载杆上端的高度选择为1米~1. 5米，此高度由干冰块发射 初速度确定，目的是保证干冰块能静止于高速摄像机镜头中心的位置，根据公知公用的牛 顿运动学定律，忽略干冰块向上运动时所受的空气阻力，干冰块所受唯一的外力为其重力， 由公式：v t2=2gh，可知：初速度vt为4. 43米/秒时对应高度h为1米，初速度vt为5. 42米 /秒时对应高度h为1. 5米，公式中g为重力加速度，发射初速度、高度与在发射前情况对应 统一。d.所述的单片机系统或计算机系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2 毫米飞.8毫米，发射初速度v选择4. 43米/秒飞.42米/秒，发射初速度决定了干冰块能 够上升的高度。e.所述的单片机系统或计算机系统还控制有测速机构，该机构由受控制的 超声波测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球面激波产生方法，特征在于：所述的球面激波产生方法是在空间利用激光照射加热干冰块瞬间转化为CO2气体并膨胀产生球面激波的方法。

【技术特征摘要】
1. 一种球面激波产生方法，特征在于：所述的球面激波产生方法是在空间利用激光照 射加热干冰块瞬间转化为co 2气体并膨胀产生球面激波的方法。2. 根据权利要求1所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的球面激波产生方法是 由单片机系统或计算机系统控制弹射机构对空间坚直向上发射干冰块，并当干冰块向上速 度为零的瞬间控制激光机构发出激光对准干冰块照射加热，干冰块迅速气化膨胀在空间产 生或形成近似理想的球面激波。3. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的单片机系统或计算机 系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸撞击可制冷的承载杆，干冰块置于圆 柱形承载杆上端，由撞击产生的应力波将干冰块向上弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状 同为圆柱形、圆截面积相等且截面半径R选择1厘米~1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米飞.5 厘米。4. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的单片机系统或计算机 系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制的一台钇铝石榴石晶体激光器，在干 冰块向上速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉 冲持续时间小于25纳秒的激光束。5. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的单片机系统或计算机 系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2毫米飞.8毫米，发射初速度v选择4. 43 米/秒?5. 42米/秒。6. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于： a. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机构由高速摄像机为主 构成，该高速摄像机记录速度大于100000帧/秒，镜头带有一系列同心圆环形刻度，镜头中 心距离弹射机构承载杆上端的高度选择为1米~1. 5米； b. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有测速机构，该机构由受控制的超声波测速 仪为主构成，该超声波测速仪测量干冰块向上飞行速度，当干冰块向上速度为零时发送反 馈信号给单片机系统或计算机系统。7. 根据权利要求1所述的球面激波产生方法采用的球面激波产生装置，特征在于：所 述的球面激波产生装置包括有：单片机系统或计算机系统及其控制的弹射机构、激光机构、 测速机构、高速摄像机构和干冰块。8. 根据权利要求7所述的球面激波产生装置，特征在于：所述的球面激波产生装置 的： a. 所述的单片机系统或计算机系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸 撞击可制冷的承载杆，干冰块置于圆柱形承载杆上端，由撞击产生的应力波将干冰块向上 弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱形、圆截面积相等且截面半径R选择1厘米 ?1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米?6. 5厘米； b. 所述的单片机系统或计算机系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制 的一台钇铝石榴石晶体激光器，在干冰块向上速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光 器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束； c. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机构由高速摄像机为主 构成，该高速摄像机记录速度大于10...

【专利技术属性】
技术研发人员：马铁华，丰雷，范锦彪，杜红棉，徐鹏，裴东兴，李新娥，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14