一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，包括圖像記錄設備、發光二極管、火焰用光電二極管、激光用光電二極管、放大電路和數據采集卡；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置在燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對應，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光二極管相連，發光二極管設置于圖像記錄設備的可拍攝視角內，圖像記錄設備設置于燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對應；數據采集卡信號輸入端與激光用光電二極管和火焰用光電二極管相連；本發明原理簡單、操作方便、精度高且成本合理。
【專利說明】一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于信號測試研究【技術領域】，特別是一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置。
【背景技術】
[0002]傳統的固體推進劑點火一般采用裝有點火藥的點火具，在點火具中使用電極引爆點火藥，將啟動電源開關為電極通電的時刻作為初始時刻。固體推進劑激光輻照下的點火研究始于上個世紀60年代，由于點火方式的新穎性，傳統的測量點火延遲時間的方法不再適用。激光點火實驗中點火延遲時間的測量是將激光管中氣體被電壓擊穿后發出激光的時刻作為初始時刻。在關于激光點火的大量文獻中，介紹點火延遲時間測量方法的內容極少，((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劑且可進入錄像畫面的位置，激光加載的初始時刻由錄像中的LED首次發光來記錄,通過計算錄像中LED首次發光巾貞與推進劑產生初始火焰幀之間的幀數最終得到點火延遲時間。這種方法的缺點是測量精度受到錄像設備幀頻的限制，且通過人眼判斷來得到LED發光初始時刻和固體推進劑點火初始時刻的兩幀畫面，誤差較大。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種原理簡單、操作方便、精度高且成本合理的基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置。
[0004]實現本發明目的的技術解決方案為:
[0005]一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，包括圖像記錄設備、發光二極管、火焰用光電二極管、激光用光電二極管、放大電路和數據采集卡；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置在燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對應，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光二極管相連，發光二極管設置于圖像記錄設備的可拍攝視角內，圖像記錄設備設置于燃燒室的視窗外部，并與窗口位置對應；數據采集卡信號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并將其轉化為電壓信號，分別傳送給放大電路和數據采集卡，數據采集卡將電壓信號轉化為數字信號，放大電路將經過放大處理后的電壓信號傳送給發光二極管；火焰用光電二極管采集固體推進劑試件的火焰光信號并將其轉化為電壓信號，傳送給數據采集卡，數據采集卡將電壓信號轉化為數字信號；圖像記錄設備記錄發光二極管工作狀態和固體推進劑試件的燃燒過程。
[0007]本發明與現有技術相比，其顯著優點:
[0008](I)測量精度高。整個測量過程都是采集系統自發進行，兩個信號在同一時間軸下被記錄，且采用型號相同的兩個光電二極管，因裝置響應時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。將采集到激光出光信號的光電二極管的電壓信號放大輸出給發光二極管，圖像記錄裝置拍攝到發光二極管發光，將發光二極管初始發光時刻作為激光輻照的初始時刻。
[0010](3)光電二極管以及發光二極管成本低廉，信號采集系統原理簡單，搭建及操作都十分簡單。
[0011]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置的總體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]結合圖1:
[0014]一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，包括圖像記錄設備4、發光二極管5、火焰用光電二極管6、激光用光電二極管7、放大電路8和數據采集卡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設置在燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對應，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的輸出端與發光二極管5相連，發光二極管5設置于圖像記錄設備4的可拍攝視角內，圖像記錄設備4設置于燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對應；數據采集卡9信號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的光信號并將其轉化為電壓信號，分別傳送給放大電路8和數據采集卡9，數據采集卡9將電壓信號轉化為數字信號，放大電路8將經過放大處理后的電壓信號傳送給發光二極管5 ;火焰用光電二極管6采集固體推進劑試件3的火焰光信號并將其轉化為電壓信號，傳送給數據采集卡9，數據采集卡9將電壓信號轉化為數字信號；圖像記錄設備4記錄發光二極管5工作狀態和固體推進劑試件3的燃燒過程。
[0016]圖像記錄設備4采用高速攝像機。
[0017]火焰用光電二極管6的感光面與固體推進劑試件3的頂端面水平對齊。
[0018]激光用光電二極管7與激光管I的管壁貼緊。
[0019]實施例1:
[0020]一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，包括高速攝像機4、發光二極管5、火焰用光電二極管6、激光用光電二極管7、放大電路8和數據采集卡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設置在燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對應，火焰用光電二極管6的感光面與固體推進劑試件3的頂端面水平對齊，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的輸出端與發光二極管5相連,發光二極管5設置于高速攝像機4的可拍攝視角內，高速攝像機4設置于燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對應；數據米集卡9信號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發出熱流密度為4.78MW.πΓ2的激光束，激光管I內部的激發氣體被擊穿后發光，緊貼在激光管I管壁上的激光用光電二極管7采集到光信號后輸出電壓信號，該電壓信號經過數據采集卡9轉化為數字信號并將數字信號輸入給電腦，該數字信號的上升沿作為觸發，Multi Channel Software軟件開始采集記錄信號；
[0022]激光束經過燃燒室2上端的透窗垂直輻照在固體推進劑試件3的端面，經過激光輻照的固體推進劑試件3發生點火，設置與燃燒室2視窗外并與固體推進劑試件3端面水平對齊的火焰用光電二極管6采集到光信號并輸出電壓信號，該電壓信號經過數據采集卡9處理，轉化為數字信號并將數字信號傳輸到電腦。
[0023]數據采集卡9采集到的兩個信號最終由Multi Channel Software顯示出來,激光用光電二極管7輸出的電壓信號上升沿所對應的時刻為Os,壓力為2.3V,火焰用光電二極管6輸出的電壓信號上升沿所對應的時刻為0.027s，壓力為0.4V，即該固體推進劑的點火延遲時間為0.027s ；
[0024]與此同時，將激光用光電二極管7輸出的電壓信號經放大電路8放大并輸出給發光二極管5，發光二極管5放置在圖像記錄設備4可拍攝的視角內，當激光管I開始工作，發光二極管5立刻發光，并被圖像記錄設備4拍攝到，在激光點火過程的圖像記錄中，這一幀即為零時刻，用以推算其后每幀畫面所記錄實驗現象距離激光加載初始時刻的時間。
[0025]實施例2:
[0026]結合圖1:
[0027]—種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，包括高速攝像機4、發光二極管5、火焰用光電二極管6、激光用光電二極管7、放大電路8和數據采集卡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設置在燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對應，火焰用光電二極管6的感光面與固體推進劑試件3的頂端面水平對齊，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的輸出端與發光二極管5相連,發光二極管5設置于高速攝像機4的可拍攝視角內，高速攝像機4設置于燃燒室2的視窗外部，并與窗口位置對應；數據采集卡9信號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發出熱流密度為4.78MW.πΓ2的激光束，激光管I內部的激發氣體被擊穿而發光，距離激光管I管壁0.2m的激光用光電二極管7米集到光信號后輸出電壓信號,該電壓信號經過數據采集卡9轉化為數字信號并將數字信號輸入給電腦，該數字信號的上升沿作為觸發，Multi Channel Software軟件開始采集記錄信號。
[0029]激光束經燃燒室2上端的透窗垂直輻照在固體推進劑試件3的端面，經過激光輻照后，固體推進劑試件3發生點火，設置于燃燒室2視窗外，并與窗口位置相對應的火焰用光電二極管6采集到火焰信號并輸出電壓信號，該電壓信號經過數據采集卡9處理，轉化為數字信號并將數字信號傳輸到電腦。
[0030]數據采集卡9采集到的兩個信號最終由Multi Channel Software顯示出來,激光用光電二極管7輸出的電壓信號上升沿所對應的時刻為Os,壓力為1.1V,火焰用光電二極管6輸出的電壓信號上升沿所對應的時刻為0.027s，壓力為0.1V，即該固體推進劑的點火延遲時間為0.027s ；
[0031]與此同時，將激光用光電二極管7輸出的電壓信號經放大電路8放大并輸出給發光二極管5，發光二極管5放置在圖像記錄設備4可拍攝的視角內，當激光管I開始工作，發光二極管5立刻發光，并被圖像記錄設備4拍攝到，在激光點火過程的圖像記錄中，這一幀即為零時刻，用以推算其后每幀畫面所記錄實驗現象距離激光加載初始時刻的時間。
【權利要求】
1.一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，其特征在于:包括圖像記錄設備(4)、發光二極管(5)、火焰用光電二極管(6)、激光用光電二極管(7)、放大電路(8)和數據采集卡(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)設置在燃燒室(2)的視窗外部，并與窗口位置對應，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)的輸出端與發光二極管(5)相連，發光二極管(5)設置于圖像記錄設備(4)的可拍攝視角內，圖像記錄設備(4)設置于燃燒室(2)的視窗外部，并與窗口位置對應；數據采集卡(9)信號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)的光信號并將其轉化為電壓信號，分別傳送給放大電路(8)和數據采集卡(9)，數據采集卡(9)將電壓信號轉化為數字信號，放大電路(8)將經過放大處理后的電壓信號傳送給發光二極管(5);火焰用光電二極管(6)采集固體推進劑試件(3)的火焰光信號并將其轉化為電壓信號，傳送給數據采集卡(9)，數據采集卡(9)將電壓信號轉化為數字信號；圖像記錄設備(4)記錄發光二極管(5)工作狀態和固體推進劑試件(3)的燃燒過程。
2.根據權利要求1所述的一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，其特征在于:所述的圖像記錄設備(4)采用高速攝像機。
3.根據權利要求1所述的一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，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劑試件(3)的頂端面水平對齊。
4.根據權利要求1所述的一種基于固體推進劑激光點火實驗的信號采集裝置，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】G01N21/84GK104181160SQ201410422901
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月25日 優先權日:2014年8月25日
【發明者】王鴻美, 陳雄, 許進升, 鄭健, 周長省 申請人:南京理工大學