用于冲击试验的冲击波时间标定装置及时间标定方法

摘要

本发明涉及冲击压缩加载技术领域，具体涉及一种用于冲击试验的冲击波时间标定装置及时间标定方法，包括可控高速发射装置、靶室和信号收集装置，所述靶室为真空靶室，靶室内设置有实验靶，所述实验靶包括基板、固定柱、光探针和电探针，所述基板和固定柱之间设置有发光隙，光探针、电探针分别与信号收集装置连接，所述可控高速发射装置用于驱动飞片撞击基板的左侧侧壁。本发明将根据电探针和光探针检测到的信号产生的两种波形进行对比分析，选择更为精确的波形数据图来最终判断冲击波进入样品的时间点，即可很简单的对冲击波进入样品的时间点这个重要的参数进行更为精确的标定，使得后续实验数据更为可靠有效。

说明书

技术领域

本发明涉及冲击压缩加载技术领域，具体涉及一种用于冲击试验的冲击波时间标定装置及时间标定方法。

背景技术

动态超高压技术及其理论是在第二次世界大战后期发展成熟的。它的任务通常是研究固体靶在动态超高压条件下的力学性质。

极强的冲击波(即激波)在介质(主要指固体)中传播时，会使介质的压力、密度、温度等状态参量发生急剧变化。这种状态称为动态超高压状态，产生强冲击波的技术称为动态超高压技术。动态超高压技术在物态方程测量、人工合成新材料(如金刚石)、地球内部结构研究、冲击引爆机理、陨石成坑及对空间飞行器的破坏，以及穿甲、侵彻、爆炸加工等研究工作中是一项重要技术，被广泛应用于固体物理、天体物理、地球物理、固体化学、爆炸力学、军事科学等学科以及许多工业技术的研究工作中。

气体炮是在火炮加载技术基础上发展起来的一种动高压加载装置。火炮装置简单但是由于火药室能承受的火药点火时的峰值压强有限，一般火炮弹丸底部允许的平均压强不超过150MPa，因此弹丸的速度调节范围十分小，只能达到1km/s～2km/s。而气体炮克服了这个困难，气体炮能发射各种形状的弹丸，弹丸的材料、质量、尺寸和速度均有较大的选择范围。更为突出的优点是，弹丸在承受较低加速度或较低应力的驱动下就可以获得较高的速度，因此气炮驱动有较大的通用性，是目前我国动压加载技术最常用的技术之一。

目前我国较为成熟的气体炮技术主要有一级轻气炮、二级轻气炮以及三级轻气炮。在气炮冲击压缩实验中，冲击波进入样品的时间点是一个非常重要的参数，这对于求解冲击波波速以及后续数据的分析有非常重要的意义。目前用于判断这个时间点的方法通常是利用示波器等信号处理装置收集实验靶上的实验信号，通过分析示波器上收集到的波形信息来判断。通常有两种方法，一种是利用冲击发光的原理利用光纤收集样品表面冲击光信号，另一种是接入光缆，从而收集电信号。最终利用示波器收集到的波形上的跳变点来判断冲击波进入样品的时间。两种方法各有优劣，在实验材料、实验目的、以及精准度等条件不同的情况下，两种方法测出来的数据可能大不相同，为了使实验数据更加精确，对于冲击波进入样品的时间点的标定是非常有必要的。

为此，本发明提供一种装置结构简单，标定方法便捷，用于冲击试验的冲击波时间标定装置及时间标定方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于冲击试验的冲击波时间标定装置及时间标定方法，装置结构简单，标定方法便捷，将根据电探针和光探针检测到的信号产生的两种波形进行对比分析，选择更为精确的波形数据图来最终判断冲击波进入样品的时间点，即可很简单的对冲击波进入样品的时间点这个重要的参数进行更为精确的标定，使得后续实验数据更为可靠有效。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于冲击试验的冲击波时间标定装置，包括可控高速发射装置、靶室、和信号收集装置，所述靶室为真空靶室，靶室内设置有实验靶，所述实验靶包括基板、固定柱、至少一根光探针、以及至少两根电探针，所述固定柱设置在基板的右侧侧壁上，所述基板和固定柱之间设置有发光隙，所述光探针的一端、电探针的一端分别穿过固定柱与发光隙连接，光探针的另一端、电探针的另一端分别与信号收集装置连接，所述可控高速发射装置用于驱动飞片撞击基板的左侧侧壁。

进一步地，所述基板为导电金属。

进一步地，所述发光隙的尺寸为5～20微米。

进一步地，所述可控高速发射装置为具有测速功能的可控高速发射装置。

进一步地，所述可控高速发射装置为气体炮。

进一步地，所述可控高速发射装置包括加载装置和发射管，所述发射管的管口设置有磁测速装置，所述加载装置用于驱动飞片沿发射管向基板撞击。所述磁测速装置用于检测飞片的初速度。

进一步地，所述信号收集装置包括瞬态高温计、直流电源和示波器，所述瞬态高温计的一端与光探针连接，瞬态高温计的另一端与示波器连接，所述直流电源的一端与电探针连接，直流电源的另一端与示波器连接。

进一步地，所述冲击波时间标定装置包括多个对称设置的光探针和多个对称设置的电探针。

进一步地，所述固定柱与基板可拆卸连接。

进一步地，所述固定柱与基板的连接端还设置有密封层，所述密封层用于防止发光隙漏光。

一种用于冲击试验的冲击波时间标定方法，通过上述冲击波时间标定装置进行标定。

一种用于冲击试验的冲击波时间标定方法，具体为：通过可控高速发射装置驱动飞片撞击基板的左侧侧壁，飞片与基板碰撞产生冲击波，在冲击波入样品前，光探针接收电信号并传递至信号收集装置，同时碰撞使得电探针与基板接通，产生电信号，电信号由电探针传递至信号收集装置，根据信号收集装置收集到的两种电信号数据产生相应的两种波形曲线，选择信号更稳定、能够准确读出跳变点的波形数据图来最终判断冲击波进入样品的时间点。

本发明的工作原理：利用气体炮给与飞片以极高的速度使它与实验靶碰撞产生瞬时高压，同时产生冲击波，当冲击波进入样品前的发光隙时，强冲击下发光隙会产生光信号，同时碰撞使得电探针与基板接通，这样基板就会和电探针接入的直流电源形成一个回路，产生相应的电信号，并传递至示波器；而光探针与电探针安装位置相同，并且冲击波在发光间隙的传播时间为纳秒级别，可以忽略不计，所以可以认为二者同步触发；碰撞产生的冲击波在进入样品前的发光信号由光探针接收后接入瞬态高温计将光信号转化为电信号，而电信号则直接由光缆来接收；瞬态高温计、直流电源分别与示波器连接，由示波器接收整个过程的电信号，并在示波器上产生波形曲线，然后将两种波形进行对比分析，选择信号更稳定、能够准确读出跳变点的波形数据图来最终判断冲击波进入样品的时间点。

本发明的有益效果是：本发明用于冲击试验的冲击波时间标定装置及时间标定方法，装置结构简单，标定方法便捷，一方面，利用碰撞使得电探针与基板接通，这样基板就会和电探针接入的直流电源形成一个回路，产生相应的电信号，该电信号由示波器接收，将碰撞中产生的冲击波在进入样品前的发光信号由光探针接收后接入瞬态高温计将光信号转化为电信号，并传递至示波器，示波器根据电探针和光探针检测的信号产生波形曲线，然后将两种波形进行对比分析，选择更为精确的波形数据图来最终判断冲击波进入样品的时间点，即可很简单的对冲击波进入样品的时间点这个重要的参数进行更为精确的标定，使得后续实验数据更为可靠有效。

附图说明

图1为本发明冲击波时间标定装置的结构示意图；

图2为本发明实验靶与信号收集装置的连接结构示意图；

图中，1-可控高速发射装置，2-靶室，3-信号收集装置，4-加载装置，5-发射管，6-磁测速装置，7-实验靶，8-飞片，9-基板，10-固定柱，11-光探针，12-电探针，13-瞬态高温计，14-直流电源，15-示波器，16-发光隙，17-密封层。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例

一种用于冲击试验的冲击波时间标定装置，如图1和图2所示，包括可控高速发射装置1、靶室2、和信号收集装置3，所述靶室2为真空靶室，靶室2内设置有实验靶7，所述实验靶7包括基板9、固定柱10、至少一根光探针11、以及至少两根电探针12，所述固定柱10设置在基板9的右侧侧壁上(当然，固定柱10也可以设置在基板9的左侧侧壁上，当其设置在基板9的左侧侧壁时，后续的可控高速发射装置1用于驱动飞片8撞击基板9的右侧侧壁。)，所述基板9和固定柱10之间设置有发光隙16，所述光探针10的一端、电探针11的一端分别穿过固定柱10与发光隙16连接，光探针11的另一端、电探针12的另一端分别与信号收集装置3连接，所述可控高速发射装置1用于驱动飞片8撞击基板9的左侧侧壁。

具体地，所述基板9为导电金属。

具体地，所述发光隙16的尺寸为5～20微米。

具体地，所述可控高速发射装置1为具有测速功能的可控高速发射装置1。

具体地，所述可控高速发射装置1为气体炮。

具体地，所述可控高速发射装置1包括加载装置4和发射管5，所述发射管5的管口设置有磁测速装置6，所述加载装置1用于驱动飞片8沿发射管5向基板9撞击。所述磁测速装置6用于检测飞片8的初速度。

具体地，所述信号收集装置1包括瞬态高温计13、直流电源14和示波器15，所述瞬态高温计13的一端与光探针10连接，瞬态高温计13的另一端与示波器15连接，所述直流电源14的一端与电探针12连接，直流电源14的另一端与示波器15连接。

具体地，所述冲击波时间标定装置包括多个对称设置的光探针11和多个对称设置的电探针12。

具体地，所述固定柱10与基板9可拆卸连接。

具体地，所述固定柱10与基板9的连接端还设置有密封层17，所述密封层17用于防止发光隙16漏光。

一种用于冲击试验的冲击波时间标定方法，具体为：通过可控高速发射装置1驱动飞片8撞击基板9的左侧侧壁，飞片8与基板9碰撞产生冲击波，在冲击波入样品前，光探针10接收电信号并传递至信号收集装置3，同时碰撞使得电探针11与基板9接通，产生电信号，电信号由电探针11传递至信号收集装置3，根据信号收集装置3收集到的两种电信号数据产生相应的两种波形曲线，选择信号更稳定、能够准确读出跳变点的波形数据图来最终判断冲击波进入样品的时间点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。