【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于含能材料爆轟性能檢測領域，具體地，涉及一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統及方法。
技術介紹
1、含能材料是一類具有高能量密度和快速釋放能量能力的化合物或混合物，廣泛應用于軍事、礦業、建筑和其他工業領域。爆轟性能是評價含能材料性能的重要指標之一，它涉及到材料在受到沖擊或點燃時發生快速化學反應，釋放大量能量并產生高速氣體的能力。爆轟性能不僅能夠評估炸藥在各種條件下的安全性，確保其在儲存、運輸和使用過程中的穩定性，而且有助于優化炸藥的配方和加工工藝，提升其能量釋放效率和穩定性，在軍事領域，爆轟性能的研究直接關系到武器系統的有效性，有助于開發更高效的武器，增強戰術和戰略優勢。
2、傳統的爆轟性能測試主要依托國軍標方法，測試成本較高，需要消耗較多的含能材料樣品，在進行宏觀實爆測量時，往往需要消耗百克到千克級的含能材料，這種大規模的藥量消耗不僅增加了測試的成本，而且對于一些稀有或高價值的新型含能材料由于產量有限而難以進行充分的測試；不同的爆轟性能參數需要不同的技術方法來評估，需要不同類型的測試設備和環境，增加了測試的復雜性和成本；傳統的爆轟性能測試往往涉及到實際的爆炸事件，測試過程中可能產生高速的碎片、強烈的沖擊波和高溫，具有較高的安全風險，且宏觀爆轟過程會對環境造成一定影響，與當前可持續發展和環保的理念不完全相符。
3、近年來基于激光加載下的顆粒群微爆方法的檢測技術有望解決該問題，但該方法在檢測中不可避免地引入了顆粒尺寸差異，顆粒間界面效應以及燒蝕體積、熱導不同等因素影響，從而導致檢測可靠性
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是提供一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統及方法，通過激光加載含能材料單顆粒微爆產生等離子體，采集等離子體輻射光譜信息，用于含能材料參數預測所需光譜數據的獲得以及含能材料參數預測。
2、為解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是：一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，包括光路系統，所述光路系統包括光學鏡組，光學鏡組包括依次設置的擴束鏡、第一二向色鏡、第二二向色鏡和第三二向色鏡，光學鏡組的光路下游設有顯微物鏡，擴束鏡、第一二向色鏡、第二二向色鏡、第三二向色鏡和顯微物鏡位于同一光路上且光軸重合，擴束鏡用于接收脈沖激光器發出的激光脈沖，第一二向色鏡用于接收可見光源發出的光束，可見光源設置在第一二向色鏡一側，第二二向色鏡用于將從第三二向色鏡透射的樣品光學信號反射進入cmos相機，cmos相機設置在第二二向色鏡一側，第三二向色鏡用于將顯微物鏡透射的等離子體光譜反射至凸透鏡，凸透鏡設置在第三二向色鏡一側，凸透鏡背離第三二向色鏡的一側設有光纖，凸透鏡用于將等離子體光譜耦合至光纖中，光纖與光譜儀連接，顯微物鏡設置在樣品臺上方。
3、優選的方案中，所述光學鏡組還包括反射鏡，反射鏡設置在擴束鏡的光路上游，脈沖激光器設置在反射鏡一側，反射鏡用于反射脈沖激光器發出的脈沖激光至擴束鏡，反射鏡與擴束鏡的光軸重合。
4、優選的方案中，還包括時序控制器，時序控制器與脈沖激光器和光譜儀電性連接，時序控制器用于控制脈沖激光器和光譜儀的觸發時間。
5、優選的方案中，所述光譜儀的光譜采集時間晚于脈沖激光器出光時間0.5~0.8μs。
6、優選的方案中，所述第一二向色鏡、第二二向色鏡以及第三二向色鏡的鏡面與水平面成45°角放置。
7、本專利技術還提供一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測方法，采用上述的宏觀參數快速檢測光譜系統進行檢測，包括以下步驟：
8、步驟一、激光焦點和顯微物鏡的最佳焦平面共聚焦：調節光路系統的光學鏡組使得激光聚焦到顯微物鏡的最佳焦平面上；
9、步驟二、找到激光聚焦位置：可見光源依次經過第一二向色鏡反射，經過第二二向色鏡、第三二向色鏡、顯微物鏡透射照射到樣品臺上，為顯微物鏡提供觀察光源，在放置樣品之前發射一次激光脈沖在樣品臺留下一個燒蝕坑，燒蝕坑即為激光聚焦位置，cmos相機拍攝燒蝕坑的位置圖像；
10、步驟三、將含能材料的某一個單顆粒放到激光聚焦位置：放置樣品，移動樣品臺水平位置的同時觀察cmos相機圖像直至含能材料的某一個顆粒位于激光聚焦位置；
11、步驟四、激光作用誘導等離子體：通過脈沖激光器出射的脈沖激光激光誘導單顆粒含能材料產生等離子體，脈沖激光器出射的脈沖激光依次經反射鏡反射，擴束鏡、第一二向色鏡、第二二向色鏡、第三二向色鏡、顯微物鏡透射，最終聚焦到樣品臺上的單顆粒含能材料，激光誘導產生等離子體；
12、步驟五、光譜儀獲取單顆粒含能材料的激光誘導等離子體光譜：激光誘導的等離子體輻射光經顯微物鏡透射，經第三二向色鏡反射到凸透鏡，由凸透鏡匯聚耦合進入光纖，再傳輸到光譜儀中獲取光譜；
13、步驟六、對采集到的原始光譜數據進行數據預處理，得到每個樣本預處理后的光譜；
14、步驟七、通過步驟一~六獲得已知宏觀參數的單顆含能材料顆粒的激光誘導等離子體預處理光譜數據，建立預處理后的等離子體光譜與含能材料宏觀參數的線性關系模型，用于對其他含能材料宏觀參數的預測。
15、優選的方案中，所述步驟一中，包括以下步驟：
16、s101、打開可見光源和cmos相機，調節光學鏡組及顯微物鏡使光學鏡組以及顯微物鏡的中心光軸重合，此時cmos相機能夠實時觀察成像效果，觀察成像的同時調節樣品臺位置與顯微物鏡之間的距離直至成像最清晰，此位置即為顯微物鏡的最佳焦平面位置；
17、s102、打開脈沖激光器發射脈沖激光，調整擴束鏡改變激光光斑大小以及發散角直至激光聚焦位置與步驟s101調節的樣品臺的位置為同一高度。
18、優選的方案中，所述步驟六中，對光譜儀采集到的光譜數據進行數據預處理包括去除飽和光譜、去除異常光譜、去除背景光譜、光譜歸一化、光譜尋峰，分別操作如下：
19、s601、去除飽和光譜：將光譜中最大強度超過光譜儀的飽和強度的光譜去除；
20、s602、去除異常光譜：基于拉依達準則去除異常光譜，拉依達準則是指假定實驗數據服從正態分布，通過計算每次光譜的平均光譜強度數據的標準偏差劃定數據的置信區間，平均光譜強度為通過對每次激光脈沖得到的光譜做平均得到，若某次光譜的平均光譜強度與此樣品所有光譜的平均光譜強度的平均值之差大于此樣品所有光譜的平均光譜強度的標準差σ，則認為此光譜異常，需要去除；
21、s603、去除背景光譜：基于窗口平移平滑方法去除背景光譜，設定窗口寬度和平移寬度，找到每個窗口中的最小值，對找到的所有值擬合得到背景光譜，在原始光譜的基礎上減去背景光譜實現背景光光譜的去除；
22、s604、光譜歸一化：基于分通道背景強度歸一化方法進行光譜歸一化，將每個通道各個波長下的強度除以相應通道背景光本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，其特征在于，包括光路系統，所述光路系統包括光學鏡組，光學鏡組包括依次設置的擴束鏡（3）、第一二向色鏡（4）、第二二向色鏡（5）和第三二向色鏡（6），光學鏡組的光路下游設有顯微物鏡（7），擴束鏡（3）、第一二向色鏡（4）、第二二向色鏡（5）、第三二向色鏡（6）和顯微物鏡（7）位于同一光路上且光軸重合，擴束鏡（3）用于接收脈沖激光器（1）發出的激光脈沖，第一二向色鏡（4）用于接收可見光源（9）發出的光束，可見光源（9）設置在第一二向色鏡（4）一側，第二二向色鏡（5）用于將從第三二向色鏡（6）透射的樣品光學信號反射進入CMOS相機（10），CMOS相機（10）設置在第二二向色鏡（5）一側，第三二向色鏡（6）用于將顯微物鏡（7）透射的等離子體光譜反射至凸透鏡（11），凸透鏡（11）設置在第三二向色鏡（6）一側，凸透鏡（11）背離第三二向色鏡（6）的一側設有光纖（12），凸透鏡（11）用于將等離子體光譜耦合至光纖中，光纖（12）與光譜儀（13）連接，顯微物鏡（7）設置在樣品臺（8）上方。
2.根據權利要求1所述的一種單顆粒含能材
3.根據權利要求1所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，其特征在于，還包括時序控制器（14），時序控制器（14）與脈沖激光器（1）和光譜儀（13）電性連接，時序控制器（14）用于控制脈沖激光器（1）和光譜儀（13）的觸發時間。
4.根據權利要求3所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，其特征在于，所述光譜儀（13）的光譜采集時間晚于脈沖激光器（1）出光時間0.5~0.8μs。
5.根據權利要求1所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，其特征在于，所述第一二向色鏡（4）、第二二向色鏡（5）以及第三二向色鏡（6）的鏡面與水平面成45°角放置。
6.一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測方法，其特征在于，采用權利要求1~5任一項所述的宏觀參數快速檢測光譜系統獲得獲取單顆粒含能材料的激光誘導等離子體光譜，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測方法，其特征在于，所述步驟一中，包括以下步驟：
8.根據權利要求6所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測方法，其特征在于，所述步驟六中，對光譜儀（13）采集到的光譜數據進行數據預處理包括去除飽和光譜、去除異常光譜、去除背景光譜、光譜歸一化、光譜尋峰，分別操作如下：
9.根據權利要求6所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測方法，其特征在于，所述步驟七中，通過主成分分析結合偏最小二乘回歸的智能算法建立顆粒量級含能材料的預處理后的光譜數據與含能材料宏觀參數的線性關系模型。
10.根據權利要求6所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測方法，其特征在于，所述宏觀參數包括爆速、爆壓、爆熱、爆容、爆溫。
...【技術特征摘要】
1.一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，其特征在于，包括光路系統，所述光路系統包括光學鏡組，光學鏡組包括依次設置的擴束鏡（3）、第一二向色鏡（4）、第二二向色鏡（5）和第三二向色鏡（6），光學鏡組的光路下游設有顯微物鏡（7），擴束鏡（3）、第一二向色鏡（4）、第二二向色鏡（5）、第三二向色鏡（6）和顯微物鏡（7）位于同一光路上且光軸重合，擴束鏡（3）用于接收脈沖激光器（1）發出的激光脈沖，第一二向色鏡（4）用于接收可見光源（9）發出的光束，可見光源（9）設置在第一二向色鏡（4）一側，第二二向色鏡（5）用于將從第三二向色鏡（6）透射的樣品光學信號反射進入cmos相機（10），cmos相機（10）設置在第二二向色鏡（5）一側，第三二向色鏡（6）用于將顯微物鏡（7）透射的等離子體光譜反射至凸透鏡（11），凸透鏡（11）設置在第三二向色鏡（6）一側，凸透鏡（11）背離第三二向色鏡（6）的一側設有光纖（12），凸透鏡（11）用于將等離子體光譜耦合至光纖中，光纖（12）與光譜儀（13）連接，顯微物鏡（7）設置在樣品臺（8）上方。
2.根據權利要求1所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，其特征在于，所述光學鏡組還包括反射鏡（2），反射鏡（2）設置在擴束鏡（3）的光路上游，脈沖激光器（1）設置在反射鏡（2）一側，反射鏡（2）用于反射脈沖激光器（1）發出的脈沖激光至擴束鏡（3），反射鏡（2）與擴束鏡（3）的光軸重合。
3.根據權利要求1所述的一種單顆粒含能材料的宏觀參數快速檢測光譜系統，其特征在于，還包括時序控制器（14），時序控制器（...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡桃仙，劉瑞斌，楊格行，李小英，卿城，房東東，任世朝，胡曉亮，牛草坪，王曉倩，文燦，張華燕，夏敏，
申請(專利權)人：湖北三江航天江河化工科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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