一种冲击片形态测试系统及其测试方法与流程

本发明涉及火工品技术领域，具体涉及一种冲击片形态测试系统及其测试方法。

背景技术：

冲击片雷管依靠冲击片高速撞击炸药实现炸药爆轰，其冲击片速度和形态直接影响炸药冲击起爆阈值。因此，如何准确测试冲击片速度和形态是国内外冲击片雷管发展所关注的研究热点。

冲击片速度测试研究比较完善，目前国内外普遍采用多普勒速度干涉仪进行冲击片速度历程的捕捉，现已发展到多光纤测速系统。但是，由于冲击片的小尺寸特性和材料效应，致使冲击片形态的捕捉极为困难。目前，美国国家三大实验室采用x射线技术成功拍摄到冲击片形态，并利用三维重建技术构建了冲击片在电爆等离子体作用下的冲击片形态演变过程。但产生x射线需使用大功率激光器，而且整个测试过程必须在真空环境中进行，装配过程复杂，涉及到光路的准直、材料的散射，导致拍摄技术难以得到推广。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种冲击片形态测试系统及其测试方法，以超高速摄影技术为基础，设计冲击片结构和补光系统，实现对冲击片形态的测试，可直观观察到冲击片的剪切和烧蚀过程。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种冲击片形态测试系统，包括冲击片系统、给冲击片系统提供激发能量的激励源、用于触发激励源的数字延迟发生信号器和用于对冲击片系统中的冲击片运动的过程进行拍摄的高速摄影仪。

进一步的，所述高速摄影仪上连接有显微镜头。

进一步的，在所述显微镜头和冲击片系统之间设有光学窗口。

进一步的，所述冲击片系统为激光冲击片系统，所述激光冲击片系统包括由下至上依次设置的光学窗口、冲击片和第一加速膛。

进一步的，所述冲击片系统为电冲击片系统，所述电冲击片系统包括由下至上依次设置的基底、金属桥箔、冲击片和第二加速膛。

进一步的，所述冲击片分为透光材料结构，所述透光材料结构上沉积一层阻挡等离子体光透过的纳米薄膜。

进一步的，所述冲击片分为不透光材料结构，所述冲击片表面沉积一层纳米高反射膜。

进一步的，冲击片形态测试系统还包括补光系统，所述补光系统包括激光器和改变激光器射出的激光的入射角度的反射镜。

本发明的冲击片形态测试系统包括8个部分，分别为数字延迟发生信号器，主要作用是产生可编程的信号，触发激励源、高速摄影仪和激光器；激励源，主要作用是给冲击片系统提供激发能量，可为电和激光；冲击片系统，主要作用是接受激励源能量同时转化为冲击片动能；高速摄影仪，主要作用是将冲击片运动的过程进行拍摄；光学窗口，主要作用是将光扩束、均匀、聚焦、过滤等，使高速摄影仪更清晰拍摄冲击片运动过程；显微镜头，主要作用是放大拍摄视野，这可根据冲击片尺寸进行选择；激光器，主要作用是产生激光作为补光系统，其激光波长根据光学镜头感应波长进行选择；反射镜，主要作用是反射激光改变激光入射角度，给冲击片系统进行补光。

一种冲击片形态测试方法，包括如下步骤：

a.首先确定激励源、高速摄影仪在数字延迟发生信号器下产生激光或脉冲电流的时间和固有延迟时间，确定高速摄影仪的延迟时间；

b.其次根据曝光通量和记录时间确定高速摄影仪的曝光时间、间隔时间和延迟时间；

c.数字延迟发生信号器发出信号，触发激励源、高速摄影仪；

d.当冲击片系统接收激励源能量后，产生高温高压等离子体推动冲击片，高速摄影仪在设定的延迟时间后进行冲击片的拍摄。

一种冲击片形态测试方法，包括如下步骤：

a)首先确定激励源、高速摄影仪、激光器在数字延迟发生信号器下产生激光或脉冲电流的时间和固有延迟时间，确定高速摄影仪和激光器的延迟时间；

b)其次根据曝光通量和记录时间确定高速摄影仪的曝光时间和延迟时间；

c)数字延迟发生信号器发出信号，触发激励源、高速摄影仪和激光器；

d)冲击片系统接收激励源能量后，产生高温高压等离子体推动冲击片，激光器根据设定的延迟时间产生激光对冲击片进行补光，同时高速摄影仪根据设定的延迟时间进行冲击片的拍摄。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1、本发明的冲击片形态测试系统包括8个部分，分别为数字延迟发生信号器，主要作用是产生可编程的信号，触发激励源、高速摄影仪和激光器；激励源，主要作用是给冲击片系统提供激发能量，可为电和激光；冲击片系统，主要作用是接受激励源能量同时转化为冲击片动能；高速摄影仪，主要作用是将冲击片运动的过程进行拍摄；光学窗口，主要作用是将光扩束、均匀、聚焦、过滤等，使高速摄影仪更清晰拍摄冲击片运动过程；显微镜头，主要作用是放大拍摄视野，这可根据冲击片尺寸进行选择；激光器，主要作用是产生激光作为补光系统，其激光波长根据光学镜头感应波长进行选择；反射镜，主要作用是反射激光改变激光入射角度，给冲击片系统进行补光。

2、以超高速摄影技术为基础，设计冲击片结构和补光系统，实现对冲击片形态的测试，可直观观察到冲击片的剪切和烧蚀过程。冲击片系统结构如图2所示，按照激励源不同可分为激光冲击片系统和电冲击片系统。其中，冲击片系统按照激励源不同可分为激光冲击片系统和电冲击片系统。电冲击片系统中的脉冲电流流过沉积于基底上的金属桥箔，金属材料迅速发生物理相变，产生高温高压等离子体，基底驱使等离子体径向膨胀，驱动冲击片在加速膛中高速飞行。激光冲击片系统中激光透过光学窗口到达冲击片层，所述冲击片层为烧蚀层，产生高温高压等离子体，推动未被烧蚀的材料形成冲击片，在加速膛中飞行。

附图说明

图1为本发明的冲击片形态测试系统的结构示意图；

图2为电冲击片系统结构示意图；

图3为激光冲击片系统结构示意图；

图4为冲击片在不同能量刺激下的形态演变过程图，其中a：光致离子体加载，b：电致等离子体加载。

图中标记：1-数字延迟发生信号器，2-激励源，3-冲击片系统，4-高速摄影仪，5-光学窗口，6-显微镜头，7-激光器，8-反射镜，9-基底，10-金属桥箔，11-冲击片，12-第一加速膛，13-烧蚀层，14-第二加速膛。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1:

如图1所示，一种冲击片形态测试系统，包括冲击片系统3、给冲击片系统3提供激发能量的激励源2、用于触发激励源2的数字延迟发生信号器1和用于对冲击片系统3中的冲击片运动的过程进行拍摄的高速摄影仪4。所述高速摄影仪4上连接有显微镜头6。在所述显微镜头6和冲击片系统3之间设有光学窗口5。所述冲击片系统3为激光冲击片系统3，所述激光冲击片系统3包括由下至上依次设置的光学窗口5、冲击片11和第一加速膛12。所述冲击片系统3为电冲击片系统3，所述电冲击片系统3包括由下至上依次设置的基底9、金属桥箔10、冲击片11和第二加速膛14。所述冲击片11分为透光材料结构，所述透光材料结构上沉积一层阻挡等离子体光透过的纳米薄膜。所述冲击片11分为不透光材料结构，所述冲击片11表面沉积一层纳米高反射膜。冲击片11形态测试系统还包括补光系统，所述补光系统包括激光器7和改变激光器7射出的激光的入射角度的反射镜8。

本发明的冲击片11形态测试系统包括8个部分，分别为数字延迟发生信号器1，主要作用是产生可编程的信号，触发激励源2、高速摄影仪4和激光器7；激励源2，主要作用是给冲击片系统3提供激发能量，可为电和激光；冲击片系统3，主要作用是接受激励源2能量同时转化为冲击片动能；高速摄影仪4，主要作用是将冲击片运动的过程进行拍摄；光学窗口5，主要作用是将光扩束、均匀、聚焦、过滤等，使高速摄影仪4更清晰拍摄冲击片11运动过程；显微镜头6，主要作用是放大拍摄视野，这可根据冲击片11尺寸进行选择；激光器7，主要作用是产生激光作为补光系统，其激光波长根据光学镜头感应波长进行选择；反射镜8，主要作用是反射激光改变激光入射角度，给冲击片系统3进行补光。

冲击片系统3结构如图2和3所示，按照激励源2不同可分为激光冲击片系统3和电冲击片系统3。图2为电冲击片系统3结构示意图，脉冲电流流过沉积于基底9上的金属桥箔10，金属材料迅速发生物理相变，产生高温高压等离子体，基底9驱使等离子体径向膨胀，驱动冲击片11在第一加速膛12中高速飞行。因此，基底9一般选用强度较高的材料，如蓝宝石、陶瓷等，第一加速膛12主要作用为剪切冲击片11，一般选用剪切强度较高的材料，如不锈钢、蓝宝石等。图3为激光冲击片系统3结构示意图，主要分为三部分，光学窗口5，冲击片11层，第二加速膛14。激光透过光学窗口5到达冲击片11层，冲击片11层为烧蚀层13，产生高温高压等离子体，推动烧蚀层13未被烧蚀的材料形成冲击片11，在第二加速膛14中飞行。

冲击片11形态测试方法根据补光系统可分为两类：第一类不需要外部进行额外补光，依靠等离子体自发光进行拍摄，其具体冲击片11结构可分为透光材料(如聚酰亚胺、聚酯薄膜等)结构和不透光材料(al、ti、cu等)结构，透光材料需沉积一层纳米薄膜如c、al、cu、ti等阻挡等离子体光透过。第二类需外部补光系统对冲击片11进行补光，依靠补光形成明暗对比进行拍摄，其冲击片11表面必须沉积一层纳米高反射膜，以期获得冲击片11拍摄图像。

依靠等离子体自发光进行测试的方法为：一种冲击片11形态测试方法，包括如下步骤：

a.首先确定激励源2、高速摄影仪4在数字延迟发生信号器1下产生激光或脉冲电流的时间和固有延迟时间，确定高速摄影仪4的延迟时间；

b.其次根据曝光通量和记录时间确定高速摄影仪4的曝光时间、间隔时间和延迟时间；

c.数字延迟发生信号器1发出信号，触发激励源2、高速摄影仪4；

d.当冲击片系统3接收激励源2能量后，产生高温高压等离子体推动冲击片11，高速摄影仪4在设定的延迟时间后进行冲击片11的拍摄。

依靠补光系统进行测试的方法为：一种冲击片11形态测试方法，包括如下步骤：

a)首先确定激励源2、高速摄影仪4、激光器7在数字延迟发生信号器1下产生激光或脉冲电流的时间和固有延迟时间，确定高速摄影仪4和激光器7的延迟时间；

b)其次根据曝光通量和记录时间确定高速摄影仪4的曝光时间和延迟时间；

c)数字延迟发生信号器1发出信号，触发激励源2、高速摄影仪4和激光器7；

d)冲击片系统3接收激励源2能量后，产生高温高压等离子体推动冲击片11，激光器7根据设定的延迟时间产生激光对冲击片11进行补光，同时高速摄影仪4根据设定的延迟时间进行冲击片11的拍摄。

利用上述方法对光致等离子体驱动冲击片11形态和电致等离子体驱动冲击片11形态进行测试，如图4所示。图4a显示为冲击片11在激光加载下的形态演变过程，图4b显示为冲击片11在电脉冲加载下的形态演变过程。整个过程采用等离子体自发光进行测试，黑色部分为冲击片11，试验结果表明，利用上述方法可实现对冲击片11形态的测试，能反映冲击片11产生过程，对深入认识冲击片11雷管驱动演化过程的基础研究具有重要意义。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。