本發(fā)明屬于超高速碰撞實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及瞬態(tài)等離子體光電測(cè)量。

背景技術(shù)：

固態(tài)物質(zhì)在受到超高速碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)生斷裂、破碎、成坑并出現(xiàn)粒子云的膨脹，一般會(huì)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(huì)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(jiàn)光等。

在實(shí)驗(yàn)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(duì)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(lèi)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(jiàn)二級(jí)輕氣炮的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由高壓氣室、一級(jí)段、高壓錐段、二級(jí)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(guò)程中，彈靶材料會(huì)產(chǎn)生等離子體相變，由于碰撞等離子體的瞬時(shí)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(diǎn)，目前對(duì)于碰撞等離子體的特征參數(shù)和等離子體閃光的測(cè)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(cè)量，存在的主要問(wèn)題是無(wú)法兼顧瞬態(tài)等離子體的測(cè)量和等離子電子溫度的測(cè)量精度，不能同時(shí)分析等離子的閃光特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種測(cè)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(cè)量精度，并同步獲得某一空間點(diǎn)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(cè)量碰撞等離子體的裝置，它包括：光電探頭，過(guò)真空裝置，延時(shí)觸發(fā)器，等離子體光電采集儀以及儲(chǔ)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(hào)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(hào)的光纖；鎢合金探針與電纜連接，光纖與航空專(zhuān)用接頭連接；

過(guò)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(kāi)孔法蘭盤(pán)，穿過(guò)開(kāi)孔法蘭盤(pán)的兩根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿，密封開(kāi)孔法蘭盤(pán)和不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿間隙的O形密封圈，壓實(shí)O形密封圈的壓緊頭；電纜穿過(guò)其中一根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿，中間斷開(kāi)處采用對(duì)接焊連；航空專(zhuān)用接頭穿過(guò)另一根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿，中間斷開(kāi)處使用對(duì)接頭相連；每根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿的中間空隙處由環(huán)氧樹(shù)脂填充，兩端由不銹鋼堵頭封??；

延時(shí)觸發(fā)器接收二級(jí)輕氣炮中磁測(cè)速裝置發(fā)出的彈丸出膛信號(hào)，延遲預(yù)定時(shí)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(hào)和光信號(hào)；

等離子體光電采集儀包括：電信號(hào)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(shí)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(hào)經(jīng)電信號(hào)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(hào)和電子密度信號(hào)；光電探頭輸出的光信號(hào)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(hào)；電子溫度信號(hào)和電子密度信號(hào)、閃光強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)時(shí)序同步電路同步后輸出至儲(chǔ)存示波器。

有益效果：本發(fā)明可以同時(shí)測(cè)量某一空間點(diǎn)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(hào)與等離子參數(shù)在時(shí)域上的內(nèi)在關(guān)系；此外，光電一體化探頭可以測(cè)量任意空間位置點(diǎn)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(hào)處理電路使用可調(diào)電壓輸入，根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況滿足不同碰撞等離子體的測(cè)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(hào)和電子密度信號(hào)；光路整形器通過(guò)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(cè)量要求，對(duì)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(shí)用指導(dǎo)意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明背景技術(shù)中二級(jí)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(guò)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(shí)施方式

參見(jiàn)附圖，一種測(cè)量碰撞等離子體的裝置，它包括：光電探頭1，過(guò)真空裝置2，延時(shí)觸發(fā)器3，等離子體光電采集儀4，儲(chǔ)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(hào)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(hào)的光纖12；鎢合金探針11與電纜25連接，光纖12與航空專(zhuān)用接頭13連接；

過(guò)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(kāi)孔法蘭盤(pán)21，穿過(guò)開(kāi)孔法蘭盤(pán)21的兩根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿22，密封開(kāi)孔法蘭盤(pán)21和不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿22間隙的O形密封圈23，壓實(shí)O形密封圈23的壓緊頭24；電纜25穿過(guò)其中一根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿22，中間斷開(kāi)處26采用對(duì)接焊連；航空專(zhuān)用接頭13穿過(guò)另一根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿22，中間斷開(kāi)處使用對(duì)接頭30相連；每根不銹鋼過(guò)真空?qǐng)A桿22的中間空隙處由環(huán)氧樹(shù)脂27填充，兩端由不銹鋼堵頭28封??；

延時(shí)觸發(fā)器3接收二級(jí)輕氣炮中磁測(cè)速裝置發(fā)出的彈丸出膛信號(hào)，延遲預(yù)定時(shí)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(hào)和光信號(hào)；

等離子體光電采集儀4包括：電信號(hào)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(shí)序同步電路46；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(hào)經(jīng)電信號(hào)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(hào)和電子密度信號(hào)；光電探頭1輸出的光信號(hào)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(hào)；電子溫度信號(hào)和電子密度信號(hào)、閃光強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)時(shí)序同步電路46同步后輸出至儲(chǔ)存示波器5。

進(jìn)一步的，更好地接收測(cè)點(diǎn)處的光信號(hào)，排除其他信號(hào)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(zhǎng)度的縮進(jìn)距離。

測(cè)量碰撞等離子體時(shí)按以下步驟進(jìn)行操作：

A.在測(cè)量點(diǎn)布置光電探頭1，連接延時(shí)觸發(fā)器3，過(guò)真空裝置2，等離子體光電采集儀4和儲(chǔ)存示波器5；

B.根據(jù)所測(cè)量的等離子體參數(shù)，通過(guò)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(cè)速裝置，根據(jù)彈丸的速度和磁測(cè)速裝置距離靶板的距離計(jì)算彈丸碰撞靶板的時(shí)間，據(jù)此設(shè)置延時(shí)觸發(fā)器3的延遲時(shí)間；

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

E.啟動(dòng)二級(jí)輕氣炮發(fā)射彈丸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。