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原文传递含能材料宏观参数快速检测光谱系统

专利名称：	含能材料宏观参数快速检测光谱系统
摘要：	本发明涉及一种含能材料宏观参数快速检测光谱系统，属于含能材料检测领域。该系统将激光脉冲作用于含能材料，诱导爆轰，通过微区光谱和动态光谱图像获取宏观爆轰参数，利用激光诱导爆轰微区光谱技术实现爆炸参数快速智能测量，并可同步获取组分和爆炸参数等的定量关系，为含能材料性能改进提供依据。该装置包括LIPS光源、LIPS光谱收集系统、激光外差干涉测速模块、气体检测模块、动态图像采集模块、电动三维台。本发明通过智能算法建立激光光谱与炸药参数间的关系，实现爆炸参数快速检测和效能分析。该测试系统体积小、集成度以及工业化程度高、可获取信息种类多，对于含能材料的研究及产物分析具有重大意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京理工大学
发明人：	刘瑞斌;王宪双;李昂泽;郭伟;姚裕贵;邹炳锁;张同来
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910652633.3
公开号：	CN110296975A
代理机构：	北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	邬晓楠
分类号：	G01N21/71(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100081 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于该系统包括：LIPS光源、密闭气室、LIPS光谱收集系统、激光外差干涉测速模块、气体检测模块和动态图像采集模块；整个系统拟集成各个模块，通过智能算法建立激光光谱与炸药参数间的关系，实现宏观性能参数快速检测和效能分析； LIPS光源激光照射到密闭气室的样品上诱导出等离子体，所述等离子体被LIPS光谱收集系统采集，测得含能材料中元素种类及含量；同步开启的激光外差干涉测速模块中的632.8nm激光器发出的激光照射到所述等离子体上，冲击波扰动信号被激光外差干涉测速模块采集，结合动态图像采集模块测得爆速；气体检测模块在Y+方向管路上集成多种电化学传感器阵列，完成可能气体成分分析以及气体扩散速度慢过程分析，实现气体产物及颗粒产物的成分、浓度、产生时序以及扩散情况等参数的一体化快速检测；动态图像采集模块用于采集图像；通过调节LIPS光源能量结合密闭气室，测得不同能量下含能材料的状态，最终得出激光感度。 2.如权利要求1所述的含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于：所述气体检测模块包括：不锈钢真空管、真空阀、气体压力表、电化学气体传感阵列模块和真空六通法兰检测腔；密闭气室通过不锈钢真空管与分子泵相连，真空管上装有气体压力表和真空阀，能够观察和控制整个装置的真空度；气体检测模块中，真空六通法兰检测腔由真空六通法兰拼接而成，可根据需求改变其长度，一个检测腔装有电化学气体传感阵列模块，传感器呈环形排列置于法兰盘内，法兰盘可与真空六通法兰相连接。 3.如权利要求1所述的含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于：所述密闭气室为带有透明窗口镜片的方形结构，透明窗口镜片包括：第一窗口镜片、第二窗口镜片、第三窗口镜片、第四窗口镜片和第五窗口镜片；样品固定安装在电动三维平台上；LIPS光源发射的激光经过第五窗口镜片再经过聚焦透镜照射到含能材料表面；第二反射镜能够将作用在冲击波扰动上的632.8nm激光器光束反射到第二半透半反镜上；第二半透半反镜有两个作用，第一是将第二反射镜反射的光透过之后传输到上升沿30ps超快响应的雪崩二极管，记录电压信号，这一束光路为信号光；第二是将激光外差干涉测速模块中的参考光通过第一半透半反镜将632.8nm激光反射到第一反射镜，再由第一反射镜反射到第二半透半反镜上，反射回雪崩二极管之中；所述参考光是由激光外差干涉测速模块中的632.8nm激光器发出的；密闭气室下部有进气口，上部有出气口，用于排除气体产物；所述密闭气室腔体为真空空间，可充保护气体气体。 4.如权利要求1所述的含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于：所述LIPS光谱收集系统实时采集激光照射在样品上诱导出的等离子体，然后通过双透镜收集镜组耦合到光纤中，再传输到光谱仪当中获取光谱，对样品元素含量进行定量分析。 5.如权利要求4所述的含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于：所述双透镜收集镜组采用龙式结构进行连接。 6.如权利要求1所述的含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于：所述外差干涉测速模块中包括632.8nm激光器，与LIPS光源同步触发，两束激光器之间设置2μs延迟时间，以保证632.8nm激光器在LIPS光源作用到样品上产生等离子体之后作用在等离子体的冲击波扰动上。 7.如权利要求1所述的含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于：所述智能算法是采用基于偏微分最小二乘法结合主成分分析模型，利用小波变换及神经网络算法提升检测精度和测量重复性，利用机器学习、人工智能算法提取有效的光谱数据特征量，建立激光光谱与炸药参数间的联系。 8.如权利要求1至7任意一项所述的含能材料宏观参数快速检测光谱系统，其特征在于：所述密闭气室的左侧为第五窗口镜片，材质为熔融石英，透过光谱范围为190nm-2400nm，激光器光斑的位置位于熔融石英玻璃的中心，在样品的前方放置一个聚焦透镜，将LIPS光源光束聚集在样品上，产生等离子体；样品放置在电动三维台上，电动三维台与LIPS光源进行同步工作，电动三维台与LIPS光源由延时脉冲发生器的一个通道进行触发；在密闭气室的Z轴方向，通过法兰盘连接LIBS光谱收集系统，该系统包括双透镜收集镜组，光谱仪，光纤，电脑；在密闭气室的正X轴方向为动态图像采集模块，密闭气室的正X轴方向的面上装有第三窗口镜片，用ICCD采集动态图像；在密闭气室的负X轴方向为激光外差干涉测速模块，632.8nm激光器的入射方向为X轴正方向，在激光器的前方装有第一半透半反镜，将激光束分为垂直的两束，一束为探测光一束为参考光，在探测光和参考光汇聚的地方加上雪崩二极管，将雪崩二极管的信号接入示波器；气体检测模块中真空六通法兰检测腔由真空六通法兰拼接而成，可根据需求改变其长度，一个检测腔装有电化学传感器阵列模块，传感器呈环形排列置于法兰盘内，法兰盘可与真空六通法兰相连接；样品室通过不锈钢真空管与分子泵相连，真空管上装有压力表和真空阀，可观察和控制整个装置的真空度，样品室下部有进气口，上部有出气口，可用于排除气体产物；气体传感器外接显示屏，用于实时显示气体浓度。 9.采用如权利要求8所述的检测系统进行检测的方法，其特征在于：第一步：将真空阀打开，开启分子泵抽真空，当压力表显示当前真空度为10-3pa时关闭真空阀和分子泵，此时整个系统可保持当前真空度达2个小时；第二步：启动延时脉冲发生器、LIPS光源、632.8nm激光器、ICCD、雪崩二极管、示波器、气体传感器整列、电动三维台，将延时脉冲发生器调节为内触发模式，其余仪器均调节为外触发模式；第三步：启动延时脉冲发生器，LIPS光源发射一束脉冲激光，垂直打到样品表面，产生等离子体及样品分解产物；第四步：双透镜收集镜组接收等离子体光通过光纤传输到光谱仪，并在计算机上获得实时光谱显示；同时动态图像采集模块当中的ICCD开始工作拍摄不同时间状态的激光等离子体羽翼，进行计算机图像显示，分析激发状态；气体传感模块一直处于工作状态，分别记录不同位置的气体种类及浓度，激光外差干涉模块测得冲击波扰动；第五步：对采集到的光谱数据、等离子体图像、示波器数据和不同能量下含能材料的状态进行分析，得出结果，包括含能材料元素含量、含能材料元素种类、含能材料爆速、含能材料激光感度、含能材料时间分辨气体产物。
所属类别：	发明专利