宽量程冲击波速度诊断装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种宽量程冲击波速度诊断装置及测量方法，包括打靶模块、分光模块、干涉模块和成像记录模块，所述干涉模块包括至少两个干涉光路，各个所述干涉光路的延时时间呈倍数变化关系；所述打靶模块将入射的一束探针激光聚焦于靶面上，并将靶面反射回的一束具有差频信息的探针激光引入分光模块，该束探针激光由分光模块分光，并分别引入各个干涉光路，各个干涉光路各自产生一束相干光由成像记录模块成像并记录。采用本发明专利技术提供的宽量程冲击波速度诊断装置及测量方法，能够在测量冲击波速度的时候既能满足精度需要，又能满足宽量程需要。

Wide range shock wave speed diagnostic device and measuring method

The invention discloses a wide range range shock wave velocity diagnosis device and a measuring method, including a shooting module, a light splitting module, an interference module and an imaging recording module. The interference module includes at least two interference optical paths, and the time delay time of each of the interference optical paths is multiplier. The target module will be the incident one. A beam probe laser focuses on the target surface, and a probe laser with differential frequency information is introduced into the target surface. The beam probe laser is divided into the light splitting module, and the interference optical paths are introduced respectively. Each interferometric optical path generates a beam of coherent light to be imaging and recording by the imaging recording module. The wide range shock wave velocity diagnosis device and measurement method provided by this invention can meet the requirement of precision and meet the needs of wide range when measuring the velocity of shock wave.

【技术实现步骤摘要】
宽量程冲击波速度诊断装置及测量方法
本专利技术属于激光干涉测量
，具体涉及一种宽量程冲击波速度诊断装置及测量方法。
技术介绍
冲击波速度诊断广泛应用于物质状态方程的研究，也用于对高功率激光打靶效率评估，是获得高能量密度物理中物理参数重要的实验方法。任意反射面速度干涉仪(VISAR)已成为这一领域标准的冲击波速度测量装置，VISAR采用主动式测量方式，即将一束探针光打到冲击波面上，由于光学多普勒效应，反射回来的探针光携带着波面速度信息，信息光经过干涉模块，被分为两束，其中一束被延时，最后投射在条纹相机上产生干涉条纹，条纹的移动记录了速度的变化。但是，在惯性约束聚变(ICF)打靶实验中，随着激光功率的增加和对激光的调束，在同一发次的压缩实验中冲击波速度将可能具有很宽的动态范围，在冲击产生或者冲击被追赶的时刻，速度的变化量可以大到导致VISAR的条纹丢失。目前的处理方法是在同一台VISAR中设有两个干涉光路，两个干涉光路选取两个不同长度的标准具，形成双灵敏度，采取整数倍的条纹移动求取相位的方法，反推可能丢失的条纹数量。这一方法在一定的范围取得很好的效果，因而被广泛利用。可是，当冲击波速度达到百km/s量级的时候，这种处理方法存在问题。因为我们一般选取的标准具厚度在几个毫米以上，虽然可以达到不错的速度测量精度，但一旦两个支路丢失的条纹数量都过多，整数倍的解有多个，就不容易得到正确的真实速度值了。另一方面，在求得倍数后，实际用来计算冲击波速度只有一个干涉图，在这一过程中我们对另一幅图所反映的速度信息的利用并不充分。因而我们在测量高速的冲击波时使用更薄的标准具，虽然这样VISAR的测量范围会增大，但速度测量精度将会下降，从而可能丢失冲击过程中的细节信息。并且，制造超薄的标准具对生产工艺要求极为苛刻，在使用过程中也十分容易受到应力的影响，从而影响速度计算精度。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提供一种宽量程冲击波速度诊断装置及测量方法，能够在测量冲击波速度的时候既能满足精度需要，又能满足宽量程需要。为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：一种宽量程冲击波速度诊断装置，包括打靶模块、分光模块、干涉模块和成像记录模块，其要点在于：所述干涉模块包括至少两个干涉光路，各个所述干涉光路的延时时间呈倍数变化关系；所述打靶模块将入射的一束探针激光聚焦于靶面上，并将靶面反射回的一束具有差频信息的探针激光引入分光模块，该束探针激光由分光模块分光，并分别引入各个干涉光路，各个干涉光路各自产生一束相干光由成像记录模块成像并记录。采用以上结构，使用了多个干涉光路，从而保证了冲击波速度测量范围的足够大，并且每个干涉光路的延时时间呈倍数变化关系，使每条光路具有不同的测量精度，自只测量冲击波速度的某一部分，因此，该设备在测量冲击波速度的时候既能满足精度需要，又能满足宽量程需要，测量范围基本涵盖了所有能使用激光测速技术所能测得的速度范围，具有广阔的应用前景，且不用像传统干涉仪那样频繁的更换标准具，然后进行计算，各光路分工明确且精度互相调制，有利于今后干涉仪的固化或是工业生产流水化，极大地节省了诊断和科研成本。作为优选：各个所述干涉光路均由干涉分束镜、干涉反射镜一和干涉反射镜二组成，各个干涉光路中或只在所述干涉反射镜一上设置有标准具一，或只在所述干涉反射镜二上设置有标准具二，或在所述干涉反射镜一和干涉反射镜二上分别设置有标准具一和标准具二，各个所述干涉光路的标准具一和标准具二的厚度差呈倍数变化关系；从分光模块引入干涉光路的一束探针激光由干涉分束镜分成两个支路，其中一个支路的探针激光经干涉反射镜一反射回干涉分束镜，另一个支路的探针激光经干涉反射镜二反射回干涉分束镜，干涉分束镜将两束具有延时的探针激光合束形成一束相干光后引入成像记录模块。只在所述干涉反射镜一上设置有标准具一时，标准具二的厚度视为0，标准具一和标准具二的厚度差为标准具一的厚度，只在所述干涉反射镜二上设置有标准具二时，标准具一的厚度视为0，标准具一和标准具二的厚度差为标准具二的厚度。采用以上结构，标准具一和标准具二的设置方式的灵活，能够根据实际需求进行选取。作为优选：所述干涉光路共有四个，延时时间较长的两个所述干涉光路或只在干涉反射镜一上设置有标准具一，或只在干涉反射镜二上设置有标准具二，延时时间较短的两个所述干涉光路在干涉反射镜一和干涉反射镜二上分别设置有标准具一和标准具二，各个所述干涉光路的标准具一和标准具二的厚度差呈指数变化关系。采用以上结构，我们就可以确定冲击波速度的百位、十位、个位、十分位、百分位的速度值，在每一位的计算中，邻位数的计算过程中还可以相互校验，保证了最终速度的计算精度。并且，当冲击波速度超过km/s量级时，需要考虑到相对论效应，此时VISAR计算方法并不适用；当速度低于10m/s时，传统的照相方法就能记录速度，可以不采用这么高精度的设备，从而提高实验效率，降低实验成本。作为优选：所述打靶模块包括照明镜头、打靶分束镜和收光镜头；一束探针激光依次经照明镜头、打靶分束镜和收光镜头聚焦于靶面上并反射回一束具有差频信息的探针激光，该束探针激光依次经收光镜头和打靶分束镜后引入分光模块。采用以上结构，通过照明镜头对探针激光整形后由收光镜头聚焦于靶面，靶面反射具有差频信息的探针激光经收光镜头收集，再经打靶分束镜引入分光模块，能够稳定可靠地进行打靶和信号收集。作为优选：在所述照明镜头和打靶分束镜以及打靶分束镜和收光镜头之间均设置有打靶准直镜。采用以上结构，准直镜主要用来调节激光在光路传播中可能的方向偏移，加强整个系统的收光效率。作为优选：在所述打靶分束镜远离照明镜头的一侧设置有挡光板。采用以上结构，能够有效遮挡由打靶分束镜分出的探针激光，防止漏光。作为优选：所述分光模块包括至少一个分光分束镜，从打靶模块引入的一束具有差频信息的探针激光由各个分光分束镜分束后分别对应的干涉光路中。采用以上结构，结构简单可靠，同时，进入各个干涉光路的各束探针激光的光强一致，进而保证了冲击波速度测量的准确性。作为优选：相邻所述分光分束镜之间设置有分光准直镜。采用以上结构，准直镜主要用来调节激光在光路传播中可能的方向偏移，加强整个系统的收光效率。作为优选：所述成像记录模块包括与干涉光路数量相同的成像记录光路，各个成像记录光路均由成像透镜和条纹相机组成，各束从干涉光路出射的相干光分别经对应成像透镜成像在对应条纹相机上。采用以上结构，结构简单可靠，易于实现，能够记录各个干涉光路出射的相干光的条纹图像。一种宽量程冲击波速度测量方法，其要点在于，按照以下步骤进行：S1：根据冲击波速度测量范围和测量精度的要求确定干涉光路的数量和干涉光路之间的延时时间倍数比；S2：确定各个干涉光路中标准具的厚度差；S3：激光器向宽量程冲击波速度诊断装置导入稳定的探针激光；S4：成像记录模块记录各个干涉光路出射的相干光的干涉条纹的动态数量F(t)；S5：通过成像记录模块记录的各个干涉条纹的动态数量F(t)，计算得到冲击波速度u(t)在km/s量级的百位、十位、个位、十分位、百分位的速度值；S6：相互校验各个速度值，得到冲击波速度u(t)。采用以上方法，它在传统VISAR的原理上进行了变化，使用多个干涉光路，每一个干涉光路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽量程冲击波速度诊断装置，包括打靶模块、分光模块、干涉模块和成像记录模块，其特征在于：所述干涉模块包括至少两个干涉光路，各个所述干涉光路的延时时间呈倍数变化关系；所述打靶模块将入射的一束探针激光聚焦于靶面(1)上，并将靶面(1)反射回的一束具有差频信息的探针激光引入分光模块，该束探针激光由分光模块分光，并分别引入各个干涉光路，各个干涉光路各自产生一束相干光由成像记录模块成像并记录。

【技术特征摘要】
1.一种宽量程冲击波速度诊断装置，包括打靶模块、分光模块、干涉模块和成像记录模块，其特征在于：所述干涉模块包括至少两个干涉光路，各个所述干涉光路的延时时间呈倍数变化关系；所述打靶模块将入射的一束探针激光聚焦于靶面(1)上，并将靶面(1)反射回的一束具有差频信息的探针激光引入分光模块，该束探针激光由分光模块分光，并分别引入各个干涉光路，各个干涉光路各自产生一束相干光由成像记录模块成像并记录。2.根据权利要求1所述的宽量程冲击波速度诊断装置，其特征在于：各个所述干涉光路均由干涉分束镜(13)、干涉反射镜一(14)和干涉反射镜二(15)组成，各个干涉光路中或只在所述干涉反射镜一(14)上设置有标准具一(16)，或只在所述干涉反射镜二(15)上设置有标准具二(17)，或在所述干涉反射镜一(14)和干涉反射镜二(15)上分别设置有标准具一(16)和标准具二(17)，各个所述干涉光路的标准具一(16)和标准具二(17)的厚度差呈倍数变化关系；从分光模块引入干涉光路的一束探针激光由干涉分束镜(13)分成两个支路，其中一个支路的探针激光经干涉反射镜一(14)反射回干涉分束镜(13)，另一个支路的探针激光经干涉反射镜二(15)反射回干涉分束镜(13)，干涉分束镜(13)将两束具有延时的探针激光合束形成一束相干光后引入成像记录模块。3.根据权利要求2所述的宽量程冲击波速度诊断装置，其特征在于：所述干涉光路共有四个，延时时间较长的两个所述干涉光路或只在干涉反射镜一(14)上设置有标准具一(16)，或只在干涉反射镜二(15)上设置有标准具二(17)，延时时间较短的两个所述干涉光路在干涉反射镜一(14)和干涉反射镜二(15)上分别设置有标准具一(16)和标准具二(17)，各个所述干涉光路的标准具一(16)和标准具二(17)的厚度差呈指数变化关系。4.根据权利要求1～3中任一项所述的宽量程冲击波速度诊断装置，其特征在于：所述打靶模块包括照明镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇际，王峰，江少恩，王秋平，闫亚东，理玉龙，徐涛，彭晓世，魏惠月，查为懿，刘祥明，梅雨，关赞洋，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51