一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，包括圖像記錄設(shè)備、發(fā)光二極管、火焰用光電二極管、激光用光電二極管、放大電路和數(shù)據(jù)采集卡；激光用光電二極管靠近激光管的管壁，火焰用光電二極管設(shè)置在燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)，放大電路的輸入端與激光用光電二極管相連，放大電路的輸出端與發(fā)光二極管相連，發(fā)光二極管設(shè)置于圖像記錄設(shè)備的可拍攝視角內(nèi)，圖像記錄設(shè)備設(shè)置于燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)；數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)輸入端與激光用光電二極管和火焰用光電二極管相連；本發(fā)明原理簡(jiǎn)單、操作方便、精度高且成本合理。
【專利說(shuō)明】一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)測(cè)試研究【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的固體推進(jìn)劑點(diǎn)火一般采用裝有點(diǎn)火藥的點(diǎn)火具，在點(diǎn)火具中使用電極引爆點(diǎn)火藥，將啟動(dòng)電源開關(guān)為電極通電的時(shí)刻作為初始時(shí)刻。固體推進(jìn)劑激光輻照下的點(diǎn)火研究始于上個(gè)世紀(jì)60年代，由于點(diǎn)火方式的新穎性，傳統(tǒng)的測(cè)量點(diǎn)火延遲時(shí)間的方法不再適用。激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)中點(diǎn)火延遲時(shí)間的測(cè)量是將激光管中氣體被電壓擊穿后發(fā)出激光的時(shí)刻作為初始時(shí)刻。在關(guān)于激光點(diǎn)火的大量文獻(xiàn)中，介紹點(diǎn)火延遲時(shí)間測(cè)量方法的內(nèi)容極少，((Laser-1nduced ignit1n of solid propellants for gas generators))一文中提到，利用光束分離器將LED安裝在靠近固體推進(jìn)劑且可進(jìn)入錄像畫面的位置，激光加載的初始時(shí)刻由錄像中的LED首次發(fā)光來(lái)記錄,通過(guò)計(jì)算錄像中LED首次發(fā)光巾貞與推進(jìn)劑產(chǎn)生初始火焰幀之間的幀數(shù)最終得到點(diǎn)火延遲時(shí)間。這種方法的缺點(diǎn)是測(cè)量精度受到錄像設(shè)備幀頻的限制，且通過(guò)人眼判斷來(lái)得到LED發(fā)光初始時(shí)刻和固體推進(jìn)劑點(diǎn)火初始時(shí)刻的兩幀畫面，誤差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種原理簡(jiǎn)單、操作方便、精度高且成本合理的基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0005]一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，包括圖像記錄設(shè)備、發(fā)光二極管、火焰用光電二極管、激光用光電二極管、放大電路和數(shù)據(jù)采集卡；激光用光電二極管靠近激光管的管壁，火焰用光電二極管設(shè)置在燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)，放大電路的輸入端與激光用光電二極管相連，放大電路的輸出端與發(fā)光二極管相連，發(fā)光二極管設(shè)置于圖像記錄設(shè)備的可拍攝視角內(nèi)，圖像記錄設(shè)備設(shè)置于燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)；數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)輸入端與激光用光電二極管和火焰用光電二極管相連；
[0006]激光用光電二極管采集激光管的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，分別傳送給放大電路和數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，放大電路將經(jīng)過(guò)放大處理后的電壓信號(hào)傳送給發(fā)光二極管；火焰用光電二極管采集固體推進(jìn)劑試件的火焰光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，傳送給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；圖像記錄設(shè)備記錄發(fā)光二極管工作狀態(tài)和固體推進(jìn)劑試件的燃燒過(guò)程。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):
[0008](I)測(cè)量精度高。整個(gè)測(cè)量過(guò)程都是采集系統(tǒng)自發(fā)進(jìn)行，兩個(gè)信號(hào)在同一時(shí)間軸下被記錄，且采用型號(hào)相同的兩個(gè)光電二極管，因裝置響應(yīng)時(shí)間造成的誤差可以忽略。
[0009](2)為圖像記錄裝置提供了零起點(diǎn)。將采集到激光出光信號(hào)的光電二極管的電壓信號(hào)放大輸出給發(fā)光二極管，圖像記錄裝置拍攝到發(fā)光二極管發(fā)光，將發(fā)光二極管初始發(fā)光時(shí)刻作為激光輻照的初始時(shí)刻。
[0010](3)光電二極管以及發(fā)光二極管成本低廉，信號(hào)采集系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，搭建及操作都十分簡(jiǎn)單。
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]結(jié)合圖1:
[0014]一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，包括圖像記錄設(shè)備4、發(fā)光二極管5、火焰用光電二極管6、激光用光電二極管7、放大電路8和數(shù)據(jù)采集卡9 ;激光用光電二極管7靠近激光管I的管壁，火焰用光電二極管6設(shè)置在燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)，放大電路8的輸入端與激光用光電二極管7相連,放大電路8的輸出端與發(fā)光二極管5相連，發(fā)光二極管5設(shè)置于圖像記錄設(shè)備4的可拍攝視角內(nèi)，圖像記錄設(shè)備4設(shè)置于燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)；數(shù)據(jù)采集卡9信號(hào)輸入端與激光用光電二極管7和火焰用光電二極管6相連；
[0015]激光用光電二極管7采集激光管I的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，分別傳送給放大電路8和數(shù)據(jù)采集卡9，數(shù)據(jù)采集卡9將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，放大電路8將經(jīng)過(guò)放大處理后的電壓信號(hào)傳送給發(fā)光二極管5 ;火焰用光電二極管6采集固體推進(jìn)劑試件3的火焰光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，傳送給數(shù)據(jù)采集卡9，數(shù)據(jù)采集卡9將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；圖像記錄設(shè)備4記錄發(fā)光二極管5工作狀態(tài)和固體推進(jìn)劑試件3的燃燒過(guò)程。
[0016]圖像記錄設(shè)備4采用高速攝像機(jī)。
[0017]火焰用光電二極管6的感光面與固體推進(jìn)劑試件3的頂端面水平對(duì)齊。
[0018]激光用光電二極管7與激光管I的管壁貼緊。
[0019]實(shí)施例1:
[0020]一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，包括高速攝像機(jī)4、發(fā)光二極管5、火焰用光電二極管6、激光用光電二極管7、放大電路8和數(shù)據(jù)采集卡9 ;激光用光電二極管7與激光管I的管壁貼緊，火焰用光電二極管6設(shè)置在燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)，火焰用光電二極管6的感光面與固體推進(jìn)劑試件3的頂端面水平對(duì)齊，放大電路8的輸入端與激光用光電二極管7相連,放大電路8的輸出端與發(fā)光二極管5相連,發(fā)光二極管5設(shè)置于高速攝像機(jī)4的可拍攝視角內(nèi)，高速攝像機(jī)4設(shè)置于燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)；數(shù)據(jù)米集卡9信號(hào)輸入端與激光用光電二極管7和火焰用光電二極管6相連。
[0021]激光管I發(fā)出熱流密度為4.78MW.πΓ2的激光束，激光管I內(nèi)部的激發(fā)氣體被擊穿后發(fā)光，緊貼在激光管I管壁上的激光用光電二極管7采集到光信號(hào)后輸出電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡9轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)輸入給電腦，該數(shù)字信號(hào)的上升沿作為觸發(fā)，Multi Channel Software軟件開始采集記錄信號(hào)；
[0022]激光束經(jīng)過(guò)燃燒室2上端的透窗垂直輻照在固體推進(jìn)劑試件3的端面，經(jīng)過(guò)激光輻照的固體推進(jìn)劑試件3發(fā)生點(diǎn)火，設(shè)置與燃燒室2視窗外并與固體推進(jìn)劑試件3端面水平對(duì)齊的火焰用光電二極管6采集到光信號(hào)并輸出電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡9處理，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)诫娔X。
[0023]數(shù)據(jù)采集卡9采集到的兩個(gè)信號(hào)最終由Multi Channel Software顯示出來(lái),激光用光電二極管7輸出的電壓信號(hào)上升沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為Os,壓力為2.3V,火焰用光電二極管6輸出的電壓信號(hào)上升沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為0.027s，壓力為0.4V，即該固體推進(jìn)劑的點(diǎn)火延遲時(shí)間為0.027s ；
[0024]與此同時(shí)，將激光用光電二極管7輸出的電壓信號(hào)經(jīng)放大電路8放大并輸出給發(fā)光二極管5，發(fā)光二極管5放置在圖像記錄設(shè)備4可拍攝的視角內(nèi)，當(dāng)激光管I開始工作，發(fā)光二極管5立刻發(fā)光，并被圖像記錄設(shè)備4拍攝到，在激光點(diǎn)火過(guò)程的圖像記錄中，這一幀即為零時(shí)刻，用以推算其后每幀畫面所記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象距離激光加載初始時(shí)刻的時(shí)間。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]結(jié)合圖1:
[0027]—種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，包括高速攝像機(jī)4、發(fā)光二極管5、火焰用光電二極管6、激光用光電二極管7、放大電路8和數(shù)據(jù)采集卡9 ;激光用光電二極管7與距離激光管I管壁0.2m,火焰用光電二極管6設(shè)置在燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)，火焰用光電二極管6的感光面與固體推進(jìn)劑試件3的頂端面水平對(duì)齊，放大電路8的輸入端與激光用光電二極管7相連,放大電路8的輸出端與發(fā)光二極管5相連,發(fā)光二極管5設(shè)置于高速攝像機(jī)4的可拍攝視角內(nèi)，高速攝像機(jī)4設(shè)置于燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)；數(shù)據(jù)采集卡9信號(hào)輸入端與激光用光電二極管7和火焰用光電二極管6相連。
[0028]激光管I發(fā)出熱流密度為4.78MW.πΓ2的激光束，激光管I內(nèi)部的激發(fā)氣體被擊穿而發(fā)光，距離激光管I管壁0.2m的激光用光電二極管7米集到光信號(hào)后輸出電壓信號(hào),該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡9轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)輸入給電腦，該數(shù)字信號(hào)的上升沿作為觸發(fā)，Multi Channel Software軟件開始采集記錄信號(hào)。
[0029]激光束經(jīng)燃燒室2上端的透窗垂直輻照在固體推進(jìn)劑試件3的端面，經(jīng)過(guò)激光輻照后，固體推進(jìn)劑試件3發(fā)生點(diǎn)火，設(shè)置于燃燒室2視窗外，并與窗口位置相對(duì)應(yīng)的火焰用光電二極管6采集到火焰信號(hào)并輸出電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡9處理，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)诫娔X。
[0030]數(shù)據(jù)采集卡9采集到的兩個(gè)信號(hào)最終由Multi Channel Software顯示出來(lái),激光用光電二極管7輸出的電壓信號(hào)上升沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為Os,壓力為1.1V,火焰用光電二極管6輸出的電壓信號(hào)上升沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為0.027s，壓力為0.1V，即該固體推進(jìn)劑的點(diǎn)火延遲時(shí)間為0.027s ；
[0031]與此同時(shí)，將激光用光電二極管7輸出的電壓信號(hào)經(jīng)放大電路8放大并輸出給發(fā)光二極管5，發(fā)光二極管5放置在圖像記錄設(shè)備4可拍攝的視角內(nèi)，當(dāng)激光管I開始工作，發(fā)光二極管5立刻發(fā)光，并被圖像記錄設(shè)備4拍攝到，在激光點(diǎn)火過(guò)程的圖像記錄中，這一幀即為零時(shí)刻，用以推算其后每幀畫面所記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象距離激光加載初始時(shí)刻的時(shí)間。
【權(quán)利要求】
1.一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，其特征在于:包括圖像記錄設(shè)備(4)、發(fā)光二極管(5)、火焰用光電二極管(6)、激光用光電二極管(7)、放大電路(8)和數(shù)據(jù)采集卡(9);激光用光電二極管(7)靠近激光管(I)的管壁，火焰用光電二極管(6)設(shè)置在燃燒室(2)的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)，放大電路(8)的輸入端與激光用光電二極管(7)相連，放大電路(8)的輸出端與發(fā)光二極管(5)相連，發(fā)光二極管(5)設(shè)置于圖像記錄設(shè)備(4)的可拍攝視角內(nèi)，圖像記錄設(shè)備(4)設(shè)置于燃燒室(2)的視窗外部，并與窗口位置對(duì)應(yīng)；數(shù)據(jù)采集卡(9)信號(hào)輸入端與激光用光電二極管(7)和火焰用光電二極管(6)相連； 激光用光電二極管(7)采集激光管(I)的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，分別傳送給放大電路(8)和數(shù)據(jù)采集卡(9)，數(shù)據(jù)采集卡(9)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，放大電路(8)將經(jīng)過(guò)放大處理后的電壓信號(hào)傳送給發(fā)光二極管(5);火焰用光電二極管(6)采集固體推進(jìn)劑試件(3)的火焰光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，傳送給數(shù)據(jù)采集卡(9)，數(shù)據(jù)采集卡(9)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；圖像記錄設(shè)備(4)記錄發(fā)光二極管(5)工作狀態(tài)和固體推進(jìn)劑試件(3)的燃燒過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，其特征在于:所述的圖像記錄設(shè)備(4)采用高速攝像機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，其特征在于:所述的火焰用光電二極管￠)的感光面與固體推進(jìn)劑試件(3)的頂端面水平對(duì)齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固體推進(jìn)劑激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的信號(hào)采集裝置，其特征在于:所述的激光用光電二極管(7)與激光管(I)的管壁貼緊。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK104181160SQ201410422901
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】王鴻美, 陳雄, 許進(jìn)升, 鄭健, 周長(zhǎng)省 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)