一种具有功率测量功能的激光点火试验台及测量方法与流程

本发明属于固体推进剂点火领域，具体涉及一种具有功率测量功能的激光点火试验台及测量方法。

背景技术：

激光点火实验研究始于上世纪90年代，最早进行激光实验研究的是美国，最早进行激光点火工程应用的也是美国。20世纪80年代后随着激光器的进一步发展以及光纤传导激光技术的进步，美国率先实现了激光点火技术的工程应用。

ulasa，kuokk在2008年《fuel》期刊中投稿了《laser-indecedignitionofsolidpropellantsforgasgenerators》，文中提到了一种通过co2作为点火源，高压燃烧室带有视窗的激光点火实验装置，该装置可以通过高速摄影仪记录推进点火和燃烧过程。该试验设备燃烧室顶部带有透镜，激光通过透镜垂直照射到燃烧室底部的试件上进行试验，但是该设备没有对经过透镜后的激光功率进行测量。由于实验过程中的激光由于经过透镜会出现一部分功率损失，导致激光照射至燃烧室时有功率损耗，实验中的实际功率与预定功率不符。

liul,liup等人在2015年《journalofthermalanalysisandcalorimetry》期刊中投稿了《ignitionandcombustioncharacteristicsofmagnesiumandboron》。文章中设计了类似结构的co2激光点火试验台。提供了一种侧面有高压玻璃观看燃烧情况，上方有锗玻璃，激光通过锗玻璃照射到试件上。但与上述试验器类似，该试验器没有对经过透镜/玻璃后的激光功率进行测量，试验过程中的实际功率不等同于预定加载的激光功率。

综上所述：现有装置试验过程中激光功率均为预加载功率，由于激光经过透镜有一部分功率损失，试验过程中功率与预加载功率不符。现有设备无法测得激光通过透镜时的功率损失，即无法实现使co2激光点火试验台的激光预定功率等于实际试验功率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有功率测量功能的激光点火试验台及测量方法，解决了目前无法测得经过燃烧室顶部的透镜或玻璃后的激光功率的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有功率测量功能的激光点火试验台，包括激光器，燃烧室，第一支撑板，支撑腿，激光功率计，螺钉，试件，透镜；

所述燃烧室为顶部和顶部开有通孔的箱体，燃烧室位于第一支撑板上，第一支撑板上开有通孔，第一支撑板下部设置支撑腿，激光功率计设置在第一支撑板下方，所述透镜设置在燃烧室顶部的通孔中，所述试件放置在螺钉的顶部，所述螺钉穿过第一支撑板的通孔和燃烧室底部的通孔，插入燃烧室；

所述激光器、透镜、激光功率计、燃烧室顶部的通孔和第一支撑板通孔在一条垂直于地面的直线上并通过光路连接。

进一步的，所述螺钉顶部开有凹槽，所述试件放置在螺钉的凹槽中。

进一步的，所述燃烧室侧面带有钢化玻璃视窗。

进一步的，还包括阻焰装置，所述阻焰装置设置在透镜的下部，且阻焰装置和透镜通过光路连接。

进一步的，还包括第二支撑板，所述第二支撑板设置在多个支撑腿之间，且第二支撑板水平设置，所述激光功率计放置在第二支撑板上部，所述第二支撑板在支撑腿上的位置可调。

进一步的，所述支撑腿上标有刻度，所述第二支撑板通过高度调节旋钮调整第二支撑板的高度。

进一步的，所述激光器为co2激光器。

一种利用上述的试验台进行激光功率测量的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：不安装螺钉和试件，调整各结构位置使激光器、透镜、激光功率计、燃烧室的通孔和第一支撑板的通孔在一条直线上；

步骤(2)：打开激光器加载激光，激光依次通过燃烧室顶端通孔、透镜、燃烧室底部通孔、支撑板中心通孔辐射到激光功率计上，记录读数，完成经过透镜后的激光功率测量；

步骤(3)：暂停激光加载，将试件插入螺钉尾部凹槽中，将螺钉旋入燃烧室底部第二通孔中，继续加载激光，完成试件激光辐照下的点火试验。

进一步的，所述步骤(2)还包括：记录读数，完成某位置的激光功率测量之后，通过高度调节旋钮调整第二支撑板的高度，从而通过激光功率计测量不同位置的激光功率。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明通过在试验设备上设置通孔，实现测量经过透镜后，照射到试件表面的激光功率，使得实验过程中功率已知，结构简单，操作方便，不需要对试验设备进行大规模改动，即可使得实际功率与试验功率相符合，消除了激光经过透镜功率损失造成的试验误差，达到精确研究激光点火实验的目的；

(2)本申请通过设置高度可调节的支撑板，且将激光功率计放置于支撑板上部，可测量实验过程中不同高度处的激光功率测定，可以直观的看出不同高度位置下的激光功率，有助于研究激光功率损失的原因。

附图说明

图1本申请实施例1激光点火试验台总体示意图。

图2本申请燃烧室及其装配结构示意图。

图3本申请支撑板结构示意图。

图4本申请螺钉与试件装配示意图。

图5本申请实施例2激光点火试验台总体示意图。

附图标记说明：

1-激光器，2-燃烧室，3-第一支撑板，4-支撑腿，5-激光功率计，6-螺钉，7-试件，8-透镜，9-高度调节旋钮，10-第二支撑板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1-4所示，一种具有功率测量功能的激光点火试验台及测量方法，包括激光器1、燃烧室2、第一支撑板3、支撑腿4、激光功率计5、螺钉6、试件7、透镜8、第一通孔、第二通孔、第三通孔。

其中支撑腿4数量为4；燃烧室2底部为正方形且中心开有第二通孔连接螺钉，上表面中心开有第一通孔放置透镜；透镜8位于燃烧室2上表面顶部第一通孔处；燃烧室2放置于第一支撑板3上，第一支撑板3中心开设第三通孔；螺钉6尾部开有凹槽放置试件7，通过燃烧室2底部第二通孔和支撑板3中心第三通孔插入燃烧室2中；

激光器1位于燃烧室2正上方；激光器1、透镜8、激光功率计5、第一通孔、第二通孔、第三通孔在一条垂直于地面的直线上并通过光路连接。

测量方法：

步骤(1)：不安装螺钉6和试件7，调整各结构位置使激光器1、透镜8、激光功率计5、第一通孔、第二通孔、第三通孔在一条直线上。

步骤(2)：打开激光器1加载激光，激光依次通过燃烧室2顶端第一通孔、透镜8、燃烧室2底部第二通孔、第一支撑板3中心第三通孔辐射到激光功率计5上，记录读数，完成经过透镜后的激光功率测量。

步骤(3)：暂停激光加载，将试件7插入螺钉6尾部凹槽中，将螺钉6旋入燃烧室2底部第二通孔中，继续加载激光，完成试件激光辐照下的点火试验。

工作原理如下：

试验过程需要co2激光发生器1产生激光垂直射入燃烧室2，由于激光在辐射过程中经过透镜8会造成激光功率的损耗。因此试验给定的激光功率要小于实际功率，所以在正式实验前取出试件7及燃烧室2底部螺钉6，使激光通过透镜垂直照射激光功率计5完成试验前的激光功率测量，随后暂停激光加载，将试件7与螺钉6旋入燃烧室2中，继续激光加载，完成激光辐照下的试件点火试验。

由于激光功率计5测得的激光功率是经过透镜之后的激光功率，从而达到实际功率与试验功率相符合，消除了激光经过透镜功率损失造成的试验误差，达到精确研究激光点火实验的目的。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于还包括第二支撑板10，所述第二支撑板10设置在多个支撑腿4之间，且第二支撑板10水平设置，所述激光功率计5放置在第二支撑板10上部，所述第二支撑板10在支撑腿4上的位置可调。

所述支撑腿4上标有刻度，所述第二支撑板10通过高度调节旋钮调整第二支撑板的高度。

记录读数，完成某位置的激光功率测量之后，通过高度调节旋钮调整第二支撑板的高度，从而通过激光功率计测量不同位置的激光功率。