兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3622-3640.doi: 10.12382/bgxb.2023.0361
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
杜亮亮, 钱伟新, 刘寿先, 赵宇, 李生福, 翟召辉, 畅里华, 朱瑜, 翁继东, 吴建, 李俊, 朱礼国*()
收稿日期:
2023-07-25
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
基金资助:
DU Liangliang, QIAN Weixin, LIU Shouxian, ZHAO Yu, LI Shengfu, ZHAI Zhaohui, CHANG Lihua, ZHU Yu, WENG Jidong, WU Jian, LI Jun, ZHU Liguo*()
Received:
2023-07-25
Online:
2023-12-30
摘要:
冲击波物理与爆轰物理是发展爆轰装置物理设计,工程设计和效应研究的重点基础学科,主要研究在爆炸、冲击和能量突然沉积等强动载荷下介质、材料与结构的力学响应、效应和工程技术应用。适用于极端环境的先进瞬态光电测试技术是冲击波物理与爆轰物理研究发展的重要推动力。根据国内外冲击波与爆轰实验瞬态光电测试技术发展现状,梳理归纳了以高速摄影、X射线闪光照相、瞬态全息成像、瞬态辐射测温、瞬态干涉测速测距等为主的瞬态光电测试技术的特点和典型技术指标,总结分析了相关技术的未来发展趋势,可为我国冲击波与爆轰实验瞬态光电测试技术发展提供一定参考。
中图分类号:
杜亮亮, 钱伟新, 刘寿先, 赵宇, 李生福, 翟召辉, 畅里华, 朱瑜, 翁继东, 吴建, 李俊, 朱礼国. 冲击波与爆轰实验瞬态光电测试技术研究进展[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3622-3640.
DU Liangliang, QIAN Weixin, LIU Shouxian, ZHAO Yu, LI Shengfu, ZHAI Zhaohui, CHANG Lihua, ZHU Yu, WENG Jidong, WU Jian, LI Jun, ZHU Liguo. Research Progress of Transient Photoelectric Measurement Technology for Shock Wave and Detonation Physics Experiments[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3622-3640.
参数 | 数值 |
---|---|
光谱响应范围/nm | 380~830 |
最高摄影频率(实测)/(帧·s-1) | 2×108 |
最短曝光时间/ns | 1 |
空间分辨率/(线对·mm-1) | ≥45 |
通道数 | 16(可调) |
双曝光模式记录幅数 | 16~32 |
表1 OEFC-16F型超高速光电分幅相机参数
Table 1 Technical parameters of OEFC-16F optic electronic framing camera
参数 | 数值 |
---|---|
光谱响应范围/nm | 380~830 |
最高摄影频率(实测)/(帧·s-1) | 2×108 |
最短曝光时间/ns | 1 |
空间分辨率/(线对·mm-1) | ≥45 |
通道数 | 16(可调) |
双曝光模式记录幅数 | 16~32 |
参数 | 数值 |
---|---|
光谱响应范围/nm | 300~810 |
静态空间分辨率/(线对·mm-1) | 30 |
时间分辨力/ps | ≤3 |
扫描非线性度/% | ≤±2 |
扫描速度 | 500ps~1ms(可调) |
表2 OESC-5PS型变像管高速扫描相机参数
Table 2 Technical parameters of OESC-5PS image converter streak camera
参数 | 数值 |
---|---|
光谱响应范围/nm | 300~810 |
静态空间分辨率/(线对·mm-1) | 30 |
时间分辨力/ps | ≤3 |
扫描非线性度/% | ≤±2 |
扫描速度 | 500ps~1ms(可调) |
类型 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
光谱响应范围/nm | 380~830 | |
记录幅数 | 8幅,可调 | |
分幅特性 | 最高摄影频率/(帧·s-1) | 2×108 |
最短曝光时间/ns | 5 | |
最小画幅间隔/ns | 1 | |
空间分辨率/(线对·mm-1) | 45 | |
时间分辨力/ps | ≤5 | |
扫描特性 | 记录长度/ns | 0.5~400(可调) |
空间分辨率/(lp·mm-1) | ≥30 |
表3 同时分幅扫描超高速光电摄影系统参数
Table 3 Technical parameters of optic electronic simultaneous framing/streak camera
类型 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
光谱响应范围/nm | 380~830 | |
记录幅数 | 8幅,可调 | |
分幅特性 | 最高摄影频率/(帧·s-1) | 2×108 |
最短曝光时间/ns | 5 | |
最小画幅间隔/ns | 1 | |
空间分辨率/(线对·mm-1) | 45 | |
时间分辨力/ps | ≤5 | |
扫描特性 | 记录长度/ns | 0.5~400(可调) |
空间分辨率/(lp·mm-1) | ≥30 |
图10 基于波长复用的双波长同轴双幅底片式 全息技术典型结果(薄全息)
Fig.10 Schematic diagram and typical result of dual-wavelength optical holographybased on wavelength multiplexing (thin holograms)
参数 | 超高速模式 | 高速连续模式 |
---|---|---|
温度测量幅数 | 1,2,4,8 | >10000 |
工作波长数 | 4 | 1~6 |
视场 | ϕ30mm | ϕ50m@200m测距 |
物方分辨力 | ~100μm | <0.1m@200m测距 |
温度场点阵 | 300×300 | ~1024×1024 |
测温范围/K | 2000~10000 | 2000~10000 |
最小曝光时间 | 10ns | ~1μs |
最小幅间隔 | 10ns | ~10μs |
表4 瞬态面测温系统技术指标
Table 4 Technical parameters of transient 2-D pyrometer
参数 | 超高速模式 | 高速连续模式 |
---|---|---|
温度测量幅数 | 1,2,4,8 | >10000 |
工作波长数 | 4 | 1~6 |
视场 | ϕ30mm | ϕ50m@200m测距 |
物方分辨力 | ~100μm | <0.1m@200m测距 |
温度场点阵 | 300×300 | ~1024×1024 |
测温范围/K | 2000~10000 | 2000~10000 |
最小曝光时间 | 10ns | ~1μs |
最小幅间隔 | 10ns | ~10μs |
技术指标 | CAEP-PDV-Ⅱ | CAEP-PDV-Ⅲ | MPDV |
---|---|---|---|
激光波长/nm | ~1550 | ~1550 | ~1550 |
光斑直径/μm | 10~1000 | 10~1000 | 10~1000 |
测速点数/(点·台-1) | 1~8 | 1~8 | 32~56 |
测速范围/(km·s-1) | 0~10 | 0~20 (-n~(10-n)km) | 0~10 |
测速不确定度/% | ≤1 | ≤1 | ≤1 |
测量距离 | 0.1mm~10m | 0.1mm~10m | 0.1mm~10m |
时间分辨/ns | 1 | 1 | 1 |
表5 PDV最新技术指标
Table 5 Technical parameters of developed PDV systems
技术指标 | CAEP-PDV-Ⅱ | CAEP-PDV-Ⅲ | MPDV |
---|---|---|---|
激光波长/nm | ~1550 | ~1550 | ~1550 |
光斑直径/μm | 10~1000 | 10~1000 | 10~1000 |
测速点数/(点·台-1) | 1~8 | 1~8 | 32~56 |
测速范围/(km·s-1) | 0~10 | 0~20 (-n~(10-n)km) | 0~10 |
测速不确定度/% | ≤1 | ≤1 | ≤1 |
测量距离 | 0.1mm~10m | 0.1mm~10m | 0.1mm~10m |
时间分辨/ns | 1 | 1 | 1 |
技术指标 | 线成像VISAR | 面成像VISAR |
---|---|---|
激光波长/nm | 532 | 532 |
成像视场/mm | 1~15 | ϕ1~ϕ15 |
空间分辨/μm | 5 | 2 |
测速范围/(m·s-1) | 15~20000 | 15~20000 |
测速分辨/(m·s-1) | 15~60 | 15~60 |
测量距离 | 0.1mm~10m | 0.1mm~10m |
时间分辨 | 10ps | 200ps或5ns |
表6 VISAR最新技术指标
Table 6 Technical parameters of developed VISAR systems
技术指标 | 线成像VISAR | 面成像VISAR |
---|---|---|
激光波长/nm | 532 | 532 |
成像视场/mm | 1~15 | ϕ1~ϕ15 |
空间分辨/μm | 5 | 2 |
测速范围/(m·s-1) | 15~20000 | 15~20000 |
测速分辨/(m·s-1) | 15~60 | 15~60 |
测量距离 | 0.1mm~10m | 0.1mm~10m |
时间分辨 | 10ps | 200ps或5ns |
参数 | 数值 | 备注 |
---|---|---|
穿透炸药厚度/mm | ≥30 | 少数>80 |
工作频段/THz | 0.22、0.34、0.67 | |
测速范围/(km·s-1) | 0.1~20 | |
位移分辨率 | ≤10μm |
表7 TDV测试系统典型参数
Table 7 Specification of TDV system
参数 | 数值 | 备注 |
---|---|---|
穿透炸药厚度/mm | ≥30 | 少数>80 |
工作频段/THz | 0.22、0.34、0.67 | |
测速范围/(km·s-1) | 0.1~20 | |
位移分辨率 | ≤10μm |
[1] |
doi: 10.1140/epjh/e2011-10037-x URL |
[2] |
赵锋, 谭华, 吴强, 等. 冲击波物理与爆轰物理研究进展[J]. 物理, 2009, 38(12): 894-900.
|
|
|
[3] |
龙新平, 蒋治海, 李志鹏, 等. 凝聚态炸药爆轰测试技术研究进展[J]. 力学进展, 2012, 42(2): 170-185.
|
|
|
[4] |
谭显祥, 韩立石. 高速摄影技术[M]. 北京: 中国原子能出版社, 1990.
|
|
|
[5] |
谭显祥. 光学高速摄影测试技术[M]. 北京: 科学出版社, 1990.
|
|
|
[6] |
李景镇. 转镜式超高速成像技术进展(特邀)[J]. 光子学报, 2022, 51(7): 0751402.
|
doi: 10.3788/gzxb URL |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
畅里华, 李剑, 汪伟, 等. 棱镜转像机构在超高速转镜相机中的应用[J]. 光电工程, 2019, 46(1): 180399.
|
|
|
[10] |
李剑, 汪伟, 肖正飞, 等. 大画幅等待式转镜分幅相机系统设计[J]. 光学精密工程, 2012, 20(9): 1883-1889.
|
doi: 10.3788/OPE. URL |
|
[11] |
汪伟, 谭显祥. 转镜式高速相机扫描速度检测装置及不确定度评定[J]. 光学与光电技术, 2008, 6(5): 76-79.
|
|
|
[12] |
|
[13] |
doi: 10.1063/1.4841915 URL |
[14] |
单宝忠, 郭宝平, 牛憨笨. 多通道门选通纳秒分幅相机[J]. 光学精密工程, 2007, 15(12): 1963-1968.
|
|
|
[15] |
田进寿. 条纹及分幅相机技术发展概述[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32(11): 112003.
|
|
|
[16] |
畅里华, 何徽, 温伟峰, 等. 炸药水中爆炸冲击波超高速同时分幅/扫描摄影技术[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(2): 437-442.
|
|
|
[17] |
刘宁文, 李剑, 赵新才, 等. 超高速光电分幅相机及应用[J]. 高压物理学报, 2016, 30(1): 37-41.
|
|
|
[18] |
畅里华, 汪伟, 谷卓伟, 等. 柱面内爆磁通量压缩超高速摄影技术研究[J]. 光学学报, 2015, 35(10): 1032001.
|
doi: 10.3788/AOS URL |
|
[19] |
畅里华, 温伟峰, 冉茂杰, 等. 炸药多点起爆超高速光电分幅摄影技术研究[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(4): 044101.
|
|
|
[20] |
李锋锐, 顾牡, 何徽, 等. γ-CuI晶体的发光衰减时间和对X射线的能量响应[J]. 无机材料学报, 2017, 32(2): 163-168.
doi: 10.15541/jim20160262 |
doi: 10.15541/jim20160262 URL |
|
[21] |
周少彤, 任晓东, 黄显宾, 等. 一种用于Z箍缩实验的软X射线成像系统[J]. 物理学报, 2021, 70(4): 045203.
|
doi: 10.7498/aps.70.20200957 URL |
|
[22] |
畅里华, 王旭, 温伟峰, 等. 高速摄影激光照明技术取得新进展[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30(4): 040101.
|
|
|
[23] |
汪伟, 王桂吉, 罗振雄, 等. 磁驱动飞片的超高速激光阴影扫描摄影技术[J]. 光学精密工程, 2012, 20(5): 927-933.
|
doi: 10.3788/OPE. URL |
|
[24] |
石金水. 闪光X射线照相光源的发展[J]. 强激光与粒子束, 2022, 34(10): 104008.
|
|
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
doi: 10.1103/PhysRevAccelBeams.24.110401 URL |
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
doi: S0969-8043(15)30186-X pmid: 26405841 |
[35] |
doi: 10.1016/j.nima.2019.03.040 URL |
[36] |
doi: 10.1016/j.nima.2015.03.079 URL |
[37] |
|
[38] |
doi: 10.1007/s40870-017-0105-7 |
[39] |
doi: 10.1016/j.physd.2020.132787 URL |
[40] |
doi: 10.1088/0957-0233/26/1/012002 URL |
[41] |
doi: 10.1063/1.3506537 URL |
[42] |
|
[43] |
doi: 10.1016/j.matlet.2014.09.005 URL |
[44] |
doi: 10.1088/0957-0233/24/2/024005 URL |
[45] |
doi: 10.1088/1361-6501/aa5c4d URL |
[46] |
doi: 10.1364/OE.23.027159 pmid: 26480377 |
[47] |
doi: 10.1016/j.expthermflusci.2018.10.026 URL |
[48] |
doi: 10.1109/TII.2022.3151781 URL |
[49] |
doi: 10.1364/OE.27.001569 pmid: 30696221 |
[50] |
doi: 10.1016/j.optcom.2021.126845 URL |
[51] |
doi: 10.1080/09500340.2021.1895345 URL |
[52] |
doi: 10.1080/09500340.2022.2160022 URL |
[53] |
doi: 10.1063/1.4942089 URL |
[54] |
doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103943 URL |
[55] |
|
[56] |
doi: 10.1063/1.1140479 URL |
[57] |
doi: 10.1063/1.1145597 URL |
[58] |
|
[59] |
doi: 10.1007/s40870-019-00201-2 |
[60] |
|
[61] |
郝晓剑, 张志杰, 周汉昌. 高温测量及其校准技术研究现状与发展趋势[J]. 中北大学学报(自然科学版), 2020, 41(1): 1-7.
|
|
|
[62] |
李加波, 周显明, 王翔. 用于冲击波温度测量的宽动态线性光学高温计[J]. 爆炸与冲击, 2009, 29(6): 625-631.
|
doi: 10.1007/BF00783718 URL |
|
[63] |
doi: 10.1063/1.4996927 URL |
[64] |
doi: 10.1016/j.measurement.2022.111147 URL |
[65] |
doi: 10.1063/5.0058982 URL |
[66] |
doi: 10.1063/1.5007194 URL |
[67] |
doi: 10.1063/1.4928081 URL |
[68] |
doi: 10.1038/srep16041 pmid: 26515505 |
[69] |
doi: 10.1063/1.4716459 URL |
[70] |
doi: 10.1063/5.0077531 URL |
[71] |
doi: 10.1103/PhysRevB.102.214104 URL |
[72] |
|
[73] |
doi: 10.1002/jgrb.v123.2 URL |
[74] |
doi: 10.1063/1.2336749 URL |
[75] |
doi: 10.1063/1.1660986 URL |
[76] |
|
[77] |
|
[78] |
吴立志, 陈少杰, 叶迎华, 等. 用于瞬态高速飞片速度测量的光子多普勒测速系统[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1217001.
|
doi: 10.3788/IRLA URL |
|
[79] |
郝歌扬, 罗庆, 杨雅涵, 等. 大景深光子多普勒测速仪设计及高超试验应用[J]. 光子学报, 2022, 51(6): 0628002.
|
doi: 10.3788/gzxb URL |
|
[80] |
傅迎光. 基于调制光源的光子多普勒测速系统[D]. 北京: 北京交通大学, 2014.
|
|
|
[81] |
唐雯雯. 光子多普勒二维速度测量系统的研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2016.
|
|
|
[82] |
谭朝勇, 叶欣, 胡永明. 全光纤多普勒测速系统的研究[J]. 半导体光电, 2011, 32(2): 276-279.
|
|
|
[83] |
翁继东, 谭华, 陈金宝, 等. 光纤任意反射面速度干涉系统在高压物理中的应用[J]. 高压物理学报, 2004, 18(3): 225-230.
|
|
|
[84] |
王德田, 李泽仁, 吴建荣, 等. 光纤位移干涉仪在爆轰加载飞片速度测量中的应用[J]. 爆炸与冲击, 2009, 29(1): 105-108.
|
|
|
[85] |
doi: 10.1063/1.4776186 URL |
[86] |
李建中, 王德田, 刘俊, 等. 多点光子多普勒测速仪及其在爆轰物理领域的应用[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(4): 422001.
|
doi: 10.3788/irla URL |
|
[87] |
李建中, 刘寿先, 刘俊, 等. 多路复用光子多普勒测速复用方案分析及实验研究[J]. 中国激光, 2014, 41(11): 1105009.
|
doi: 10.3788/CJL URL |
|
[88] |
杨舒棋, 张旭, 彭文杨, 等. 钝感炸药冲击起爆反应过程的PDV技术[J]. 高压物理学报, 2020, 34(2): 023402.
|
|
|
[89] |
|
[90] |
doi: 10.1063/1.3310076 URL |
[91] |
胡绍楼, 王文林, 马如超. JSG-1型激光速度干涉仪[J]. 爆炸与冲击, 1987, 3(7):257-260.
|
doi: 10.1007/BF00791873 URL |
|
[92] |
doi: 10.1063/1.1150004 URL |
[93] |
刘寿先, 李泽仁, 彭其先, 等. 用于激光驱动飞片诊断的线成像速度干涉仪[J]. 强激光与粒子束, 2010, 22(10):2281-2284.
|
doi: 10.3788/HPLPB URL |
|
[94] |
刘寿先, 雷江波, 陈光华, 等. 同时线成像和分幅面成像任意反射面速度干涉仪测速技术[J]. 中国激光, 2014, 41(1): 0108007.
|
doi: 10.3788/CJL URL |
|
[95] |
刘寿先, 李泽仁, 陈光华, 等. 高时空分辨线成像VISAR在爆轰波物理中的应用[J]. 高压物理学报, 2014, 28(3): 307-312.
|
|
|
[96] |
doi: 10.1109/LPT.2007.893583 URL |
[97] |
|
[98] |
doi: 10.1016/j.optlaseng.2014.04.007 URL |
[99] |
doi: 10.1049/el.2017.0530 |
[100] |
doi: 10.1364/AO.49.005095 URL |
[101] |
梁美彦, 赵然, 张存林. 220GHz频率步进雷达测距的实验研究[J]. 空间电子技术, 2013, 10(4): 110-113.
|
|
|
[102] |
doi: 10.1063/1.5142415 URL |
[103] |
|
[104] |
doi: 10.1364/JOSAB.444723 URL |
[105] |
doi: 10.1364/AO.47.006334 URL |
[106] |
|
[107] |
doi: 10.1063/1.4829615 URL |
[108] |
doi: 10.1063/1.5051694 URL |
[109] |
doi: 10.1063/1.4902348 URL |
[110] |
马鹤立, 陶天炯, 刘盛刚, 等. 基于频域干涉的小口径长身管内径测量系统[J]. 兵工学报, 2019, 40(5): 1077-1082.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.05.021 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.05.021 |
|
[111] |
doi: 10.1016/j.ijleo.2021.168526 URL |
[112] |
doi: 10.1063/1.5120604 URL |
[113] |
doi: 10.1088/2058-6272/ac2483 |
[1] | 袁艺,盖江涛,曾根,周广明,李训明,马长军. 高速履带车辆横摆运动响应特性分析与试验验证[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1094-1107. |
[2] | 秦昊林, 许廷发, 李佳男. 基于超像素注意力和孪生结构的半监督高光谱显著性目标检测[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2639-2649. |
[3] | 彭沛然, 任术波, 李佳男, 周鸿伟, 许廷发. 基于光照感知的多光谱融合行人检测方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2622-2630. |
[4] | 张荣繁, 倪培君, 郭智敏, 杨卓琳, 付康. 复杂型面构件超声检测中机械回程误差的修正方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2432-2440. |
[5] | 孙磊, 金东东, 纪春恒, 裴崇雷, 安鸿波, 段恩悦. 基于增强型CCD探测器的距离选通三维成像不均匀性补偿方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2495-2502. |
[6] | 陈雄锋, 阮驰. 多参数最优重构水下偏振成像复原方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 2122-2131. |
[7] | 曾腾, 任露露, 王宇杰, 王朋, 黄海宁. 基于组合特征的水下三维目标检测跟踪算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1384-1393. |
[8] | 霍健, 陈慧敏, 马云飞, 郭鹏宇, 杨旭, 孟祥盛. 基于MEMS激光雷达的车辆目标识别算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 940-948. |
[9] | 高普, 李宏才, 刘辉, 孟杰克. 装甲车辆综合传动装置外接油管系统动态特性分析[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3447-3454. |
[10] | 田继文, 朴燕. 基于波像差法的物镜成像系统设计[J]. 兵工学报, 2022, 43(S1): 60-65. |
[11] | 孙磊, 金东东, 纪春恒, 裴崇雷, 安鸿波. 基于抛物线包络反演的距离选通三维成像方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(8): 1868-1873. |
[12] | 曹昭睿, 郝永平, 刘万成, 白帆, 孙颢洋, 张慧, 李宇海. 紧凑折反式仿生复眼及图像快速拼接识别算法[J]. 兵工学报, 2022, 43(8): 1845-1857. |
[13] | 石安华, 李海燕, 石卫波, 梁世昌. 临近空间高超声速巡航飞行器红外特征[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 796-803. |
[14] | 李宇阳,王霞,赵家碧,李磊磊,陈家斌. 基于局部大气修复的偏振导航方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(12): 3062-3069. |
[15] | 张富毅, 鲁航, 陈泰然, 吴钦, 黄彪, 王国玉. 轴流式喷水推进器启动过程的瞬态特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1592-1603. |
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