本發(fā)明屬于超高速碰撞實驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及瞬態(tài)等離子體光電測量。

背景技術(shù)：

固態(tài)物質(zhì)在受到超高速碰撞時，會發(fā)生斷裂、破碎、成坑并出現(xiàn)粒子云的膨脹，一般會發(fā)生多形性固-固相變，還可能出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，在更高碰撞速度下，還會出現(xiàn)氣化，產(chǎn)生等離子體，并伴隨從低頻到高頻的電磁輻射，如微波和可見光等。

在實驗室條件下，以輕氣炮作為加載手段研究超高速碰撞產(chǎn)生的等離子體和閃光，對于反彈道導(dǎo)彈技術(shù)、隕石撞擊下宇宙飛船的防護(hù)技術(shù)、類地行星表面隕石坑研究、高速撞擊下發(fā)生熱核反應(yīng)的概念研究、以及高壓下材料響應(yīng)特性等研究領(lǐng)域具有非常重要的意義。常見二級輕氣炮的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由高壓氣室、一級段、高壓錐段、二級段和靶室等部分組成，可以將直徑6mm以內(nèi)的彈丸加速至3～6km/s。

在彈丸與靶板的超高速碰撞過程中，彈靶材料會產(chǎn)生等離子體相變，由于碰撞等離子體的瞬時特性，帶電粒子云分布和膨脹的隨機(jī)性以及等離子體閃光的短暫性等特點，目前對于碰撞等離子體的特征參數(shù)和等離子體閃光的測量存在很大難度。低溫等離子體常使用朗繆爾探針作為診斷工具，如單探針，雙探針，三探針，四探針和發(fā)射探針等。若用于碰撞等離子體測量，存在的主要問題是無法兼顧瞬態(tài)等離子體的測量和等離子電子溫度的測量精度，不能同時分析等離子的閃光特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種測量碰撞等離子體裝置及方法，用以提高瞬態(tài)等離子體電子溫度的測量精度，并同步獲得某一空間點的等離子體參數(shù)和等離子體閃光參數(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種測量碰撞等離子體的裝置，它包括：光電探頭，過真空裝置，延時觸發(fā)器，等離子體光電采集儀以及儲存示波器；

光電探頭的外部為用于接收和傳輸?shù)入x子體產(chǎn)生的電信號的鎢合金探針，內(nèi)部為用于接收和傳輸?shù)入x子體產(chǎn)生的光信號的光纖；鎢合金探針與電纜連接，光纖與航空專用接頭連接；

過真空裝置用于連接光電探頭與等離子體光電采集儀，包括：開孔法蘭盤，穿過開孔法蘭盤的兩根不銹鋼過真空圓桿，密封開孔法蘭盤和不銹鋼過真空圓桿間隙的O形密封圈，壓實O形密封圈的壓緊頭；電纜穿過其中一根不銹鋼過真空圓桿，中間斷開處采用對接焊連；航空專用接頭穿過另一根不銹鋼過真空圓桿，中間斷開處使用對接頭相連；每根不銹鋼過真空圓桿的中間空隙處由環(huán)氧樹脂填充，兩端由不銹鋼堵頭封??；

延時觸發(fā)器接收二級輕氣炮中磁測速裝置發(fā)出的彈丸出膛信號，延遲預(yù)定時間后觸發(fā)等離子體光電采集儀接受光電探頭輸出的電信號和光信號；

等離子體光電采集儀包括：電信號處理電路，可調(diào)電壓輸入電路，單片機(jī)，光路整形器，感光元件，時序同步電路；光路整形器配置有濾光片和衰減片；光電探頭輸出的電信號經(jīng)電信號處理電路處理后輸出由單片機(jī)運(yùn)算得到等離子體的電子溫度信號和電子密度信號；光電探頭輸出的光信號經(jīng)光路整形器做濾光、衰減處理后，由感光元件得到等離子體的閃光強(qiáng)度信號；電子溫度信號和電子密度信號、閃光強(qiáng)度信號經(jīng)時序同步電路同步后輸出至儲存示波器。

有益效果：本發(fā)明可以同時測量某一空間點的等離子體參數(shù)和等離子體閃光參數(shù)，探究等離子體閃光信號與等離子參數(shù)在時域上的內(nèi)在關(guān)系；此外，光電一體化探頭可以測量任意空間位置點等離子體的閃光與等離子體電子溫度以及電子密度。等離子光電采集儀的電信號處理電路使用可調(diào)電壓輸入，根據(jù)實驗工況滿足不同碰撞等離子體的測量要求，并使用單片機(jī)運(yùn)算直接得到等離子體的電子溫度信號和電子密度信號；光路整形器通過安裝不同的濾光片和衰減片，可以滿足不同等離子體閃光的測量要求，對研究超高速碰撞條件下的等離子體閃光物理機(jī)制具有實用指導(dǎo)意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明背景技術(shù)中二級輕氣炮的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3，圖4，圖5為本發(fā)明中光電探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6，圖7，圖8為本發(fā)明中過真空裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明中等離子光電采集儀的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

參見附圖，一種測量碰撞等離子體的裝置，它包括：光電探頭1，過真空裝置2，延時觸發(fā)器3，等離子體光電采集儀4，儲存示波器5；

光電探頭1的外部為用于接收和傳輸?shù)入x子體產(chǎn)生的電信號的鎢合金探針11，內(nèi)部為用于接收和傳輸?shù)入x子體產(chǎn)生的光信號的光纖12；鎢合金探針11與電纜25連接，光纖12與航空專用接頭13連接；

過真空裝置2用于連接光電探頭1與等離子體光電采集儀4，包括：開孔法蘭盤21，穿過開孔法蘭盤21的兩根不銹鋼過真空圓桿22，密封開孔法蘭盤21和不銹鋼過真空圓桿22間隙的O形密封圈23，壓實O形密封圈23的壓緊頭24；電纜25穿過其中一根不銹鋼過真空圓桿22，中間斷開處26采用對接焊連；航空專用接頭13穿過另一根不銹鋼過真空圓桿22，中間斷開處使用對接頭30相連；每根不銹鋼過真空圓桿22的中間空隙處由環(huán)氧樹脂27填充，兩端由不銹鋼堵頭28封?。?/p>

延時觸發(fā)器3接收二級輕氣炮中磁測速裝置發(fā)出的彈丸出膛信號，延遲預(yù)定時間后觸發(fā)等離子體光電采集儀4接受光電探頭1輸出的電信號和光信號；

等離子體光電采集儀4包括：電信號處理電路41，可調(diào)電壓輸入電路42，單片機(jī)43，光路整形器44，感光元件45，時序同步電路45；光路整形器44配置有濾光片和衰減片；光電探頭1輸出的電信號經(jīng)電信號處理電路41處理后輸出由單片機(jī)43運(yùn)算得到等離子體的電子溫度信號和電子密度信號；光電探頭1輸出的光信號經(jīng)光路整形器44做濾光、衰減處理后，由感光元件45得到等離子體的閃光強(qiáng)度信號；電子溫度信號和電子密度信號、閃光強(qiáng)度信號經(jīng)時序同步電路46同步后輸出至儲存示波器5。

進(jìn)一步的，更好地接收測點處的光信號，排除其他信號的干擾，可在光電探頭1的光纖12與鎢合金探針11的輸出端處有設(shè)定長度的縮進(jìn)距離。

測量碰撞等離子體時按以下步驟進(jìn)行操作：

A.在測量點布置光電探頭1，連接延時觸發(fā)器3，過真空裝置2，等離子體光電采集儀4和儲存示波器5；

B.根據(jù)所測量的等離子體參數(shù)，通過可調(diào)電壓輸入電路42設(shè)置合適的輸入電壓，在光路整形器44配置濾光片和衰減片；

C.連接磁測速裝置，根據(jù)彈丸的速度和磁測速裝置距離靶板的距離計算彈丸碰撞靶板的時間，據(jù)此設(shè)置延時觸發(fā)器3的延遲時間；

D.手動觸發(fā)延時觸發(fā)器對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，一切正常后將測量碰撞等離子體的裝置置于待觸發(fā)狀態(tài)；

E.啟動二級輕氣炮發(fā)射彈丸進(jìn)行實驗。