一种用于等离子体诊断的密闭爆发器及其密度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于等离子体诊断的密闭爆发器，包括：燃烧室，其材质为炮钢；密封装置，其数量为两个，分别设置在燃烧室两侧；以及等离子气体发生装置，其设置在燃烧室一端，并且位于该端密封装置内部；卸压装置，其设置在燃烧室另一端的密封装置内部，用于将密闭爆发器内高压气体引出；光学视窗，其设置在燃烧室顶部，用于观测所述燃烧室内等离子体分布情况，密闭爆发器能够将火药在高温高压的密闭环境中引爆，收集爆炸后产生的等离子体，通过光谱法对热电离等离子体进行诊断，再通过调整火药的质量，实现等离子体密度的调节，调节准确迅速，可操作性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及本专利技术涉及等离子体诊断研究技术，具体涉及用于等离子体诊断的密闭爆发器及其密度控制方法。
技术介绍
等离子体的诊断实际上是两个步骤：诊和断。诊更加注重于实践，而断则偏重于分析。所以，等离子体诊断就是使用某种物理方法检测然后经过分析得到等离子体的某些物理参数。通俗的说，等离子体诊断就是使等离子体从“不可见”到“可见”的一个过程。等离子体的种类数目繁多，诊断不同种类的等离子体的方法也是不尽不同。一般来说，等离子体诊断方法有接触式诊断和非接触式诊断两种方法，这是依据诊断方式的不同而区分的。如果依据诊断对象的不同，等离子体诊断方法又可分为低温等离子体诊断和高温等离子体诊断。两种诊断分类的方法相互交叉，并不严格区分。不同诊断方法都有不同的优缺点，接触式诊断法对于等离子体密度的空间分辨率相对较高，通常用于低温等离子体诊断；而非接触式诊断由于其诊断原理基本不会干扰等离子体的纯度，常用于高温等离子体诊断。朗缪尔探针法是一种接触式诊断法，也是最为常用的一种方法。另一种方法是阻抗测量法，一般仅用于测量射频放电产生的等离子体密度。非接触式诊断方法一般有：微波干涉法、激光干涉法和光谱诊断法等。波干涉诊断法一般用于托卡马克装置测量等离子体密度，由于是非接触测量所以不会改变等离子体的参数。但是由于空间布局的限制，安装微波干涉法的通道是有限的，这就限制了测量密度的空间分布；激光干涉仪需要用的激光发射器，系统结构复杂，一般用于核聚变等离子体诊断。而且，诊断系统有较强的信号干扰，需要进一步改进系统，降低系统噪声，过滤掉信号扰动，提高激光干涉诊断系统的分辨率。光谱法测量等离子体密度有很多优点，测量系统结构简单，使用方便，测量范围广，更重要的是由于这是非接触式测量，不会对等离子体产生干扰。作为一种等离子体诊断技术已经被广泛应用于测量等离子体的各种参数。气体电离产生等离子体的种类有很多，比如直流放电等离子体、容性耦合等离子体、电感耦合等离子体、微波放电等离子体和热电离等离子体等。对于放电等离子体和耦合等离子体研究较多，而对于热电离等离子体的研究非常少，只有对于热电离几率的讨论等；同时以火药燃气产生等离子体为研究对象进行的热电离等离子体研究同样非常少，火药燃烧时燃气能达到3000K—4000K，压力能够达到400MPa，高温高压的环境会使气体发生热电离，用光谱测量法测量生成等离子体的发射光谱，对等离子体的电子密度、电子温度等相关参数也需要广泛的研究。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种用于等离子体诊断的密闭爆发器，能够将火药在高温高压的密闭环境中引爆，收集爆炸后产生的等离子体。本专利技术还有一个目的是在密闭爆发器顶部设置有光学视窗，采用密封垫片压紧，既保证了密闭爆发器的密封结构，又为测量开辟了一个观测窗口。本专利技术的另一个目的并采用光谱测量系统通过光学视窗进行非接触式测量，解决了现有技术中火药在密闭爆炸室内引爆对热电离等离子体的光线采集困难的问题。本专利技术还涉及开发了一种等离子体密度控制方法，仅通过采集燃烧室内的温度及压力，再通过调整火药的质量，实现等离子体密度的调节，调节准确迅速，可操作性强。本专利技术提供的技术方案为：一种用于等离子体诊断的密闭爆发器，包括：燃烧室，其材质为炮钢；密封装置，其数量为两个，分别设置在所述燃烧室两侧；以及等离子气体发生装置，其设置在所述燃烧室一端，并且位于该端所述密封装置内部；卸压装置，其设置在燃烧室另一端的所述密封装置内部，用于将密闭爆发器内高压气体引出；光学视窗，其设置在燃烧室顶部，用于观测所述燃烧室内等离子体分布情况。优选的是，所述等离子气体发生装置，包括：柱形腔室，其材质为绝缘材料，所述柱形腔室顶端设置有喷嘴，等离子体由所述喷嘴喷出；柱状电极，其设置在所述柱形腔室中轴线位置；子电极，其设置在所述柱形腔室内部，并能够施加于所述柱状电极不同的电势；引爆丝，其连接所述柱状电极；毛细管，其套设在所述引爆丝中间位置，内壁涂覆介电膜；脉冲电源，其连接所述柱状电极和所述子电极。优选的是，所述卸压装置，包括：放气螺栓，其设置所述密封装置的通孔内部；槽轮，其连接所述放气螺栓，用于调节放气螺栓与所述密封装置的相对位置，以实现密闭爆发器的压力调节。优选的是，所述光学窗材质为蓝宝石晶体，并且所述光学窗在所述燃烧室安装处通过密封垫片压紧。优选的是，所述密封垫片采用自紧型金属O型圈，材质为金属钛，表面镀有金属镍，以弥补环槽密封表面不平或微小缺陷。优选的是，所述自紧型金属O型圈为空心型环管，并在内侧表面设置有多个小圆孔，其空心环管内部与所述燃烧室相连通。优选的是，所述密封装置材质为紫铜。本专利技术的目的还可进一步由一种等离子体密度控制方法实现，包括以下步骤：步骤一：通过光谱测量得到等离子体光谱的谱线强度数据，通过所述谱线强度数据得到等离子体温度；步骤二：并通过所述谱线强度数据及所述等离子体温度计算得到等离子体密度；步骤三：通过所述谱线强度数据及所述等离子体温度得到等离子体密度；步骤四：传感器检测燃烧室内温度T及压力P，通过改变燃烧室内火药装填量Mα，实现等离子体密度调节； N e = 0.16 × 10 11 · ( 0.536 M α 2 + 0.53 M α + 1.04 ) · e 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等离子体诊断的密闭爆发器，其特征在于，包括：燃烧室，其材质为炮钢；密封装置，其数量为两个，分别设置在所述燃烧室两侧；以及等离子气体发生装置，其设置在所述燃烧室一端，并且位于该端所述密封装置内部；卸压装置，其设置在燃烧室另一端的所述密封装置内部，用于将密闭爆发器内高压气体引出；光学视窗，其设置在燃烧室顶部，用于观测所述燃烧室内等离子体分布情况。

【技术特征摘要】
1.一种用于等离子体诊断的密闭爆发器，其特征在于，包括：
燃烧室，其材质为炮钢；
密封装置，其数量为两个，分别设置在所述燃烧室两侧；以及
等离子气体发生装置，其设置在所述燃烧室一端，并且位于该端所述密封装置内部；
卸压装置，其设置在燃烧室另一端的所述密封装置内部，用于将密闭爆发器内高压气
体引出；
光学视窗，其设置在燃烧室顶部，用于观测所述燃烧室内等离子体分布情况。
2.根据权利要求1所述的用于等离子体诊断的密闭爆发器，其特征在于，所述等离子气
体发生装置，包括：
柱形腔室，其材质为绝缘材料，所述柱形腔室顶端设置有喷嘴，等离子体由所述喷嘴喷
出；
柱状电极，其设置在所述柱形腔室中轴线位置；
子电极，其设置在所述柱形腔室内部，并能够施加于所述柱状电极不同的电势；
引爆丝，其连接所述柱状电极；
毛细管，其套设在所述引爆丝中间位置，内壁涂覆介电膜；
脉冲电源，其连接所述柱状电极和所述子电极。
3.根据权利要求1或2所述的用于等离子体诊断的密闭爆发器，其特征在于，所述卸压
装置，包括：
放气螺栓，其设置所述密封装置的通孔内部；
槽轮，其连接所述放气螺栓，用于调节放气螺栓与所述密封装置的相对位置，以实现密
闭爆发器的压力调节。
4.根据权利要求1所述的用于等离子体诊断的密闭爆发器，其特征在于，所述光学窗材
质为蓝宝石晶体，并且所述光学窗在所述燃烧室安装处通过密封垫片压紧。
5.根据权利要求4所述的用于等离子体诊断的密闭爆发器，其特征在于，所述密封垫片
采用自紧型金属O型圈，材质为金属钛，表面镀有金属镍，以弥补环槽密封表面不平或微小
缺陷。
6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛保全，宋鹏，李程，钟孟春，杨雨迎，李华，徐振辉，白向华，王艳峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京;11