The invention discloses a laser measurement of impulse coupling coefficient inversion based on the method of flow field, the time synchronization and time delay system, triggering velocity interferometer on the target at the interface speed of interference fringes were recorded, the original interference signal after image processing by the interface of primary particle velocity history, based on the stress wave theory, inversion method the first time after the space, with the interface velocity history as input conditions, reverse derived target thrust loading history of front surface, the time integral of thrust loading history before the target surface, calculate the laser ablation of the impulse produced, finally, according to the definition of laser impulse coupling coefficient of laser shock coupling coefficient can be obtained. The measuring method of the invention uses the target structure with a window to fix the sample to be measured, and transfers the dynamic calibration to the static calibration, so that the accurate measurement of the laser ablation thrust wave and the coupling coefficient of the impulse can be realized.
【技术实现步骤摘要】
基于流场反演的激光冲量耦合系数测量方法
本专利技术涉及激光移除空间碎片和激光推进
,尤其是涉及一种基于流场反演的激光冲量耦合系数测量方法。
技术介绍
冲量耦合系数是激光推进和激光移除空间碎片领域研究的一个重要方面,它定义为激光烧蚀靶材过程中产生的靶动量与入射激光能量的比值,它反映了激光能量转化为靶动量的能力。为了适应不同的推力测量需求,国内外学者开发了多种测量系统,包括扭摆结构、天平结构、单摆结构、导轨结构和形变结构等。激光冲量耦合过程中微小位移量的测量方法包括高速摄影和光学方法。然而,这些结构大部分为接触式系统,依靠运动参数难以克服摩擦因素随机的影响,增加了冲量耦合系数测量的不确定度。对于具有高斯波形的激光,虽然脉宽极短,但是均存在一个激光功率密度突破阈值产生推力,推力从无到有,再下降到零的过程。采用PVDF或PCB压电传感器可实现推力波形测量,但其对系统的数据采集响应频率要求较高,动态标定困难。由于激光烧蚀作用过程非常短暂,大部分的常规测量手段无法实现推力加载过程的原位测量,无法再现激光烧蚀推力的加载历史。研究该推力的加载历史,不仅能够获得激光脉冲的冲量耦合系数,而且在提升激光冲量耦合效率和机理研究方面具有重要意义。
技术实现思路
:针对上述问题,本专利技术的目的在于提供一种基于流场反演的激光冲量耦合系数测量方法。该方法通过以下方式实现:在真空靶室中进行激光打靶,利用成像型速度干涉仪测量界面粒子速度。基于应力波理论,采用流场反演的方法对靶前表面的推力加载历史进行反演,对推力加载历史进行时间积分得到激光烧蚀冲量,最后,获得待测材料的激光冲量耦合系数。本 ...
【技术保护点】
基于流场反演的激光冲量耦合系数测量方法,包括以下步骤:1)在真空靶室内设置有三维平移台,三维平移台其上设置有靶并能够使靶在三维空间内调整角度与位置,利用前向监测望远镜和反射镜对成像型干涉仪的探测激光与相对窗口入射的入射激光光路进行校准,以保证它们在同一条直线上,利用侧向监测望远镜和平行的两组反光镜对靶平面的角度进行调节,以保证入射激光垂直辐照在靶平面上;2)入射激光聚焦在靶上产生烧蚀压力,采用时间同步及延时系统,成像型速度干涉仪对靶界面处的速度干涉条纹进行记录;3)将采集到的原始干涉条纹信号(界面原位粒子速度历史)经过图像处理/读取后得到粒子速度与时间的关系曲线;4)基于应力波理论,采用先时间后空间的反演方法,以界面粒子速度历史作为输入条件,将界面粒子速度历史曲线读取为(时间,速度)形式的二元数组,将二元数组代入流体力学方程,反向推导出靶前表面的推力加载历史,然后以界面粒子速度历史作为输入数据进行空间反演计算;5)对靶前表面的推力加载历史进行时间积分(即推力‑时间曲线下的面积,可通过origin等图像分析软件计算):mΔv=∫PSdt (7)其中P为推力加载历史,S为激光焦斑面积, ...
【技术特征摘要】
1.基于流场反演的激光冲量耦合系数测量方法,包括以下步骤:1)在真空靶室内设置有三维平移台,三维平移台其上设置有靶并能够使靶在三维空间内调整角度与位置,利用前向监测望远镜和反射镜对成像型干涉仪的探测激光与相对窗口入射的入射激光光路进行校准,以保证它们在同一条直线上,利用侧向监测望远镜和平行的两组反光镜对靶平面的角度进行调节,以保证入射激光垂直辐照在靶平面上;2)入射激光聚焦在靶上产生烧蚀压力,采用时间同步及延时系统,成像型速度干涉仪对靶界面处的速度干涉条纹进行记录;3)将采集到的原始干涉条纹信号(界面原位粒子速度历史)经过图像处理/读取后得到粒子速度与时间的关系曲线;4)基于应力波理论,采用先时间后空间的反演方法,以界面粒子速度历史作为输入条件,将界面粒子速度历史曲线读取为(时间,速度)形式的二元数组,将二元数组代入流体力学方程,反向推导出靶前表面的推力加载历史,然后以界面粒子速度历史作为输入数据进行空间反演计算;5)对靶前表面的推力加载历史进行时间积分(即推力-时间曲线下的面积,可通过origin等图像分析软件计算):mΔv=∫PSdt(7)其中P为推力加载历史,S为激光焦斑面积,积分后获得激光烧蚀产生的冲量,最后,依据激光冲量耦合系数的定义,即可获得激光冲击耦合系数。2.如权利要求1所述的方法,其中,靶由微米级厚度的待测样品和窗口材料组成,是通过采用电子束气相沉积的方法将待测样品沉积在窗口材料上,或者使待测样品均匀无间隙的附着在窗口材料上而制成。3.如权利要求1所述的方法,其中,所述的空间反演计算,对于带窗口靶,在反演计算前,要给出界面处的应力历史和比体积历史。4.如权利要求3所述的方法,其中...
【专利技术属性】
技术研发人员:张品亮,陈川,杨武霖,徐坤博,曹燕,武强,龚自正,
申请(专利权)人:北京卫星环境工程研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。