专利名称：一种微粒速度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超高速微粒速度测量装置，特别涉及一种利用超高速 撞击形成等离子体效应对微粒速度进行测量的装置。
背景技术：
在微粒撞击实验中，往往需要精确地测量微粒的飞行速度，对于飞行
速度在千米/秒(km/s)量级或该量级以上的高速微粒，飞行速度的精确测 量并不容易实现。
在现有技术中，存在一些用于测量高速微粒速度的相关装置，如公开 号为CN2812008的中国专利"一种前向散射激光测速装置"中，就公开了 一种利用散射激光测量微粒飞行速度的装置，在该装置中，在一特定位置 处安放照明激光，当高速微粒飞过该照明激光时会产生散射激光，通过对 该散射激光的测量可以知道微粒的到达时间，进而推算出微粒的速度。但 该装置也存在着一定的缺陷，例如，由于散射激光的信号微弱，对信号处 理的要求高，使得该装置的组成相对复杂，从而使装置的成本高、可靠性 较差。
在现有技术中，还存在着利用压电测速的原理对高速微粒进行速度测 量的方法。这些方法通常通过收集高速微粒撞击位于特定距离处的钢性物 体时产生的沖击波信号来得到微粒的到达时间，然后推算出微粒的速度。 这些方法也存在着一定的缺陷，如，当微粒撞击到柔性物体或液体的时就 无法收集到冲击波信号，也就无法测量微粒的到达时间和推算微粒的速 度。此外，微粒撞击压电材料产生的信号具有较长的振荡周期，因此压电 测速很难分辨到达时间相离很近的撞击信号，整个方法的分辨率较低。
此外，还有用三明治结构的薄膜作为传感器探头，在薄膜两边加上合 适的偏压，通过收集超高速微粒撞击穿过薄膜时形成的等离子体来获取微 粒到达薄膜的时间，再利用飞行时间法对微粒速度测量的超高速微粒速度 测试方法。但是该方法要求微粒的尺寸要远大于薄膜的尺寸，当微粒尺寸 与薄膜尺寸相当或小于薄膜尺寸时，测量过程会对微粒速度影响很大甚至会使得测量过程中微粒穿过薄膜后发生破碎。 发明内容
本实用新型的目的是克服现有的微粒飞行速度测量装置的应用场合 受到限制或者分辨率较低的缺陷，从而提供一种具有较高分辨率的微粒速 度测量装置。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种微粒速度测量装置，包括
信号采集单元、电源、取样电阻、分压电阻、金属网以及靶；其中，
所述的金属网位于所述靶与外部的微粒发射装置之间，所述金属网靠 近所述耙但不接触；所述的电源通过所述取样电阻和所述分压电阻连4妄到 所述金属网；所述信号采集单元连接到外部的微粒发射装置，还与所述的 取样电阻连接以采集微粒穿过所述金属网时在所述取样电阻上所产生的 信号。
上述技术方案中，还包括支架，所述金属网安装在所述支架上实现固定。
上述技术方案中，所述电源采用直流偏压电源，所述直流偏压电源为
所述金属网加上偏压。
上述技术方案中，所述金属网和所述耙之间的距离在l-5mm之间。 上述技术方案中，所述信号采集单元在所述取样电阻上所釆集的信号
包4舌电压或电 流o
上述技术方案中，所述信号采集单元釆用示波器在所述取样电阻上采 集电压。
上述技术方案中，所述示波器在所述的外部的微粒发射装置发射微粒 时记录发射时间，还记录所述微粒穿过所述金属网的时间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是
1 、由于超高速微粒撞击形成等离子体以及金属网收集等离子体的时 间都特别短， 一般可以小于微秒(us),因此本实用新型对微粒飞行时间 的测量精度较高，从而使得对微粒飞行速度测量的精度也较高；
2、 本实用新型能够实现在线测量，测量过程基本不会影响撞击实验， 能够很好的满足超高速微粒撞击实验的要求；
3、 本实用新型在对高速微粒进行测量时，不会受到微粒本身的影响， 应用范围较广；
44、 本实用新型通过收集微粒撞击形成的等离子体，收集时间短，瞬
时电流大，信号幅度强，信噪比高；
5、 本实用新型容易实施，工艺简单，可靠性高，成本低。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 图1为本实用新型在一个实施例中的结构图。 图面说明
1——示波器 2——直流偏压电源 3——取样电阻
4——分压电阻 5——支架 6——微粒
7——微粒运动路径 8——金属网 9——草巴
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型做进一步说明。
在图1中给出了本实用新型的微粒速度测量装置的一个实施例，在该 实施例中，微粒速度测量装置包括示波器1、直流偏压电源2、取样电阻3、 分压电阻4、支架5、金属网8以及靶9。其中，金属网8安装在支架5上， 金属网8在靶9之前，靠近靶9但不与靶9相接触，两者之间的距离保持 在l-5mm之间；直流偏压电源2通过取样电阻3和分压电阻4连接到金属 网8上；示波器1连接到取样电阻3的两端；外部的用于发射微粒的装置 与示波器1连接，使得该装置在发射微粒6时能够同时发出一个信号给示 波器1以记录微粒运动的起始时间。
本发明中的金属网8应当采用直径较小的金属丝，且金属丝之间的通 孔应当尽可能地大，使得在进行微粒测速实验时，微粒尽可能不会撞击到 金属网8上，以影响撞击实验的完成。此外，金属网8具有规则的形状。 以保证金属网附近电场的均匀性。
直流偏压电源2用于为金属网8加上偏压，用于在金属网附近产生电 场并保证金属网附近的电场足够强，从而能够收集到微粒高速撞击形成的 等离子体。所添加的偏压的大小与金属网8与靶9间的距离相关，距离越 近，偏压越小，例如，当金属网8与靶9之间的距离在2mm左右时，所 添加的偏压大小在150v左右。
示波器1在微粒发射的同时被触发，它被用于记录微粒撞击靶9的时
5间，从而得到微粒的飞行时间。在本实施例中，采用示波器l记录微粒的 飞行时间，但本领域的普通技术人员应当了解，用于记录微粒飞行速度的 装置并不局限于示波器，在本发明的其他实施例中可以采用具有相似功能 的其他装置代替示波器。
采用图1所示的装置对微粒飞行速度进行测量时，外部的高速微粒发 射装置发射微粒的同时触发示波器1开始工作，微粒沿着路径7在飞行一
定距离S后，高速撞击放置在金属网8后面的靶9上，并在撞击的瞬间形 成等离子体。由于直流偏压电源2在金属网8上加有适当的电压从而产生 了相应的电场，因此能够对高速撞击形成的等离子体进行收集。因为等离 子体的收集时间很短，所以加有偏压的电路中会形成一个较大的瞬时电 流，使得取样电阻3的两端形成一定的瞬时电压。对耳又样电阻3进行测量 的示波器1就能够记录到一个瞬时脉冲信号，该脉冲信号对应的时刻就是 微粒撞击耙的时刻。根据微粒撞击把的时刻和微粒的发射时刻可以得到了 微粒的运动时间t。由于前述的微粒飞行距离S很容易测量，因此，就能 够得到高速微粒的飞行速度v ( v=S/t )。
本实用新型通过收集高速微粒撞击物体表面时产生的等离子体，来导 通原来处于断路状态的电路，并且等离子体在很短时间内被收集完，之后 电路又断开，这样在回路中将形成一个脉宽很小的电流/电压脉冲信号，通 过该脉冲信号得到微粒到达物体表面的时间信号，实现了对微粒运动时间 的测量。本实施例中所测量的微粒直径范围为10um—1000um,微粒速度 范围为3km/s—20km/s。
实际上，本领域普通技术人员也应该知道，如果不采用电压脉冲，也 可以采用在回路中串联电流;险测装置的方法来^全测电路的导通与否，进而 判断微粒撞击靶的时刻。本领域普通技术人员将本实施例中所描述^i:粒速 度测量装置与现有技术相结合，完全可以得到采用电流检测的方法来一企测 电路的微粒速度测量装置，因此，不再此处进行重复说明。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非 限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本 实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围 当中。
权利要求1、一种微粒速度测量装置，其特征在于，包括信号采集单元、电源(2)、取样电阻(3)、分压电阻(4)、金属网(8)以及靶(9)；其中，所述的金属网(8)位于所述靶(9)与外部的微粒发射装置之间，所述金属网(8)靠近所述靶(9)但不接触；所述的电源(2)通过所述取样电阻(3)和所述分压电阻(4)连接到所述金属网(8)；所述信号采集单元连接到外部的微粒发射装置，还与所述的取样电阻(3)连接以采集微粒穿过所述金属网(8)时在所述取样电阻(3)上所产生的信号。
2、 根据权利要求1所述的微粒速度测量装置，其特征在于，还包括 支架(5)，所述金属网(8)安装在所述支架(5)上实现固定。
3、 根据权利要求1或2所述的微粒速度测量装置，其特征在于，所 述电源(2)采用直流偏压电源，所述直流偏压电源为所述金属网(8)加 上偏压。
4、 根据权利要求1或2所述的微粒速度测量装置，其特征在于，所 述金属网(8)和所述靶(9)之间的距离在l-5mm之间。
5、 根据权利要求1或2所述的微粒速度测量装置，其特征在于，所 述信号采集单元在所述取样电阻(3)上所采集的信号包括电压或电流。
6、 根据权利要求5所述的微粒速度测量装置，其特征在于，所述信 号采集单元采用示波器在所述取样电阻(3)上采集电压。
7、 根据权利要求6所述的微粒速度测量装置，其特征在于，所述示 波器在所述的外部的微粒发射装置发射微粒时记录发射时间，还记录所述 微粒穿过所述金属网(8)的时间。
专利摘要本实用新型公开了一种微粒速度测量装置，包括信号采集单元、电源、取样电阻、分压电阻、金属网以及靶；其中，金属网位于所述靶与外部的微粒发射装置之间，金属网靠近所述靶但不接触；电源通过取样电阻和分压电阻连接到金属网；信号采集单元连接到外部的微粒发射装置，还与所述的取样电阻连接以采集微粒穿过所述金属网时在所述取样电阻上所产生的信号。本实用新型对微粒飞行时间的测量精度较高，从而使得对微粒飞行速度测量的精度也较高；能够实现在线测量，测量过程基本不会影响撞击实验，能够很好地满足超高速微粒撞击实验的要求；本实用新型通过收集微粒撞击形成的等离子体，收集时间短，瞬时电流大，信号幅度强，信噪比高。
文档编号G01P3/66GK201237603SQ20082010924
公开日2009年5月13日 申请日期2008年7月15日 优先权日2008年7月15日
发明者李宏伟, 李小银, 蔡明辉, 韩建伟, 黄建国 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心