一種表面氣流作用下材料反射率測試系統技術方案

本發明專利技術涉及一種表面氣流作用下材料反射率測試系統，包括使氣流通過試樣表面的表面流場裝置，表面流場裝置包括氣體噴嘴、導流板、保護罩，導流板緊貼積分球裝置的試樣窗口，試樣嵌在導流板上，試樣的受光面與導流板受光面平齊，保護罩為U形結構，其設置在導流板外部且與導流板之間形成一個與氣體噴嘴相通的氣體流動空腔，保護罩的受光面采用透光材料制成。本發明專利技術提供一種可在表面氣流加載條件下的材料激光反射率測試系統，防止測量中污染物對積分球裝置的污染，測量得到氣流加載和激光輻照下材料表面反射率的真實變化規律，為激光輻照效應機理研究提供參數。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于激光輻照效應測試技術，具體為一種可在表面氣流加載條件下，對強激光輻照條件下的材料進行反射率測量的系統。
技術介紹
激光與材料的耦合特性是開展激光輻照效應機理研究的基礎，也是研究激光與材料相互作用過程中首先要解決的問題，通常采用材料的反射率特性來表征耦合特性。如圖1所示，材料的反射率參數常采用積分球替代法測量。激光由積分球入射孔進入積分球，輻照積分球右側開孔處放置反射率為RMf的標準反射板，由探測器測量經過積分球反射后的信號LMf，然后將待測試樣取代標準反射板，再由積分球測量反射信號Lsam，則試樣反射率 Rsam=Rref · Lsam/Lref。在激光與運動目標相互作用過程中，由于效應物材料表面存在氣流,氣流將吹走材料表面燒蝕產物，并改變材料的表面狀態，而采用常規積分球裝置不能加載表面氣流，無法測量得到效應物在激光輻照和氣流作用下的反射率變化特性，且激光輻照過程中材料表面產生的煙灰等污染物將會把積分球內壁污染，并對測量結果帶來較大的影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種可在表面氣流加載條件下的材料激光反射率測試系統，防止測量中污染物對積分球裝置的污染，測量得到氣流加載和激光輻照下材料表面反射率的真實變化規律，為激光輻照效應機理研究提供參數。本專利技術的技術解決方案是—種表面氣流作用下材料反射率測試系統，包括積分球裝置、試樣，所述的積分球裝置設置有激光入射孔、探測器和測量孔，探測器安裝在測量孔處，激光束經激光入射孔進入積分球裝置內，探測器記錄積分球裝置內壁的反射光信號，其特殊之處在于還包括使氣流通過試樣表面的表面流場裝置，所述的表面流場裝置包括氣體噴嘴、導流板、保護罩，所述導流板緊貼積分球裝置的試樣窗口，所述試樣嵌在導流板上，所述試樣的受光面與導流板受光面平齊，所述保護罩為U形結構，其設置在導流板外部且與導流板之間形成一個與氣體噴嘴相通的氣體流動空腔，所述保護罩的受光面采用透光材料制成。上述積分球裝置還包括設置在積分球內壁上的抗強光片，所述的抗強光片安裝在入射激光束經試樣一次反射到積分球裝置內壁位置處的抗強光片安裝孔上。上述抗強光片的迎光面拋光為漫反射面后再鍍金處理。上述的抗強光片的迎光面為曲面，曲面的曲率半徑與積分球裝置內壁曲率半徑相同。上述的激光入射孔中心與抗強光片安裝孔中心對稱設置在試樣窗口截面的垂線方向的兩側，兩個孔中心與窗口中心連線與試樣窗口截面的垂線的夾角均為8°。上述的探測器為銦鎵砷探測器或碲鎘汞探測器。上述的保護罩的受光面采用石英材料制成。上述氣體流動空腔中的氣體流場為亞音速流場。本專利技術具有以下的有益效果1、本專利技術可以監測強激光和表面氣流同時作用過程中，材料反射率的實時變化過程。2、本專利技術可以防止材料輻照過程中污染物對積分球裝置的污染。3、本專利技術的測試系統可提供亞音速表面流場，模擬測試目標的運動環境。4、本專利技術測試系統中在積分球內壁處安裝有抗強光片，強光片的迎光面采用拋光為漫反射面后再鍍金處理，并設置在入射激光束經試樣一次反射到積分球裝置內壁的位置處，滿足了積分球內壁漫反射的要求，并提高了系統的承受激光輻照能力。附圖說明圖1為現有技術中積分球替代法測量反射率原理示意圖；圖2為本專利技術表面氣流作用下材料反射率測試系統原理示意圖；圖3為本專利技術表面流場裝置示意圖；圖4為本專利技術表面流場裝置和積分球裝置安裝位置示意圖一；圖5為本專利技術表面流場裝置和積分球裝置安裝位置示意圖二 ；附圖標記為1_積分球；2_入射激光；3_激光入射孔；4_探測器；5_測量孔；6-試樣窗口 ；7-試樣；8_保護罩；9_抗強光片；10_噴嘴；11-導流板；12_壓塊；13-抗強光片安裝孔。具體實施例方式如圖2所示，本專利技術的表面氣流作用下材料反射率測試系統，包括試樣7、積分球裝置I和表面流場裝置，其中積分球裝置I設置有激光入射孔3、探測器4、測量孔5、試樣窗口 6、抗強光片9和抗強光片安裝孔13。激光束經激光入射孔3進入積分球裝置I內，探測器4記錄積分球裝置I內壁的反射光信號。為滿足在表面流場作用下測量材料強激光反射率的要求，采用在積分球I上開長條形試樣窗口 6的方式，將表面流場裝置的噴嘴10出口處的導流板11嵌入到積分球I內部，試樣窗口相對位置見附圖2。流場模擬器導流板11上開方形孔，并將試樣7嵌入到導流板11上，試樣7正表面與導流板11表面平齊，使試樣7表面反射的激光返回到積分球I內部。導流板前加裝U形結構的保護罩8，保護積分球I內壁不受激光輻照過程中的燒蝕產物污染。U形保護罩8采用石英制作，另外，U形保護罩8與試樣7背部的壓塊12 —起固定試樣。由于在測量強激光輻照下的反射率中，入射光第一次鏡面反射的光強較強，為防止該位置的聚四氟乙烯涂層被破壞，在該位置嵌入抗強光片9提高破壞閾值。抗強光片9安裝在入射激光束經試樣7 —次反射到積分球裝置I內壁的位置處，抗強光片9迎光面與積分球I內壁保形，即曲面的曲率半徑與積分球裝置I內壁曲率半徑相同，迎光面表面拋光為漫反射面后再鍍金處理，可大大提高激光破環閾值。入射孔3中心與抗強光片安裝孔13中心對稱于試樣窗口 6截面垂線方向的兩側,兩個孔中心與試樣窗口 6中心連線與窗口垂線的夾角均為8°。下面給出本專利技術的具體實例積分球球體材料為不銹鋼，采用兩個半球殼拼接的方式加工。積分球內部噴涂聚四氟乙烯涂層作為漫反射涂層。積分球外徑為300mm，壁厚1mm，入射孔直徑30mm，抗強光片安裝孔直徑35mm,探測器孔直徑20mm。試樣窗口上下寬60mm,窗口截面距離球心為135mm。表面流場裝置噴嘴出口尺寸為50X8_，采用高壓氣瓶作為氣源，通過噴嘴進入導流板與U形保護罩之間的通道，模擬氣流速度范圍為(T80m/s。流場模擬器導流板上開方形孔，孔尺寸為60mmX50mm。U形保護罩正面壁厚2mm，采用螺釘將保護罩固定在導流板正面。積分球輸出信號采用光電探測器測量。探測器包括銦鎵砷探測器和碲鎘汞探測器，響應波長分別為O. 9 1. 7 μ m、1. 0^7. Oym0標準反射板尺寸為60_X50_X4mm。利用本系統測量材料在表面流場作用下激光反射率實驗步驟如下1、按照附圖2所示組裝測試系統，使入射激光的鏡面反射光反射到抗強光片中心；2、確定激光出光參數，如出光功率、出光時間、靶面光斑尺寸等；3、設定表面流場模擬器出口流速，開始吹氣；4、激光器出光,監測材料表面反射信號；5、停止出光，保存 實驗數據，計算材料反射率，實驗結束。該系統已經應用于材料激光輻照效應，實現了亞音速表面氣流加載下材料反射率測試，對分析氣流加載下材料激光輻照效應具有重要意義。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種表面氣流作用下材料反射率測試系統，包括積分球裝置（1）、試樣（7），所述的積分球裝置（1）設置有激光入射孔（3）、探測器（4）和測量孔（5），探測器（4）安裝在測量孔（5）處，激光束經激光入射孔（3）進入積分球裝置（1）內，探測器（4）記錄積分球裝置（1）內壁的反射光信號，其特征在于：還包括使氣流通過試樣（7）表面的表面流場裝置，所述的表面流場裝置包括氣體噴嘴（10）、導流板（11）、保護罩（8），所述導流板（11）緊貼積分球裝置（1）的試樣窗口（6），所述試樣（7）嵌在導流板（11）上，所述試樣（7）的受光面與導流板（11）受光面平齊，所述保護罩為U形結構，其設置在導流板（11）外部且與導流板（11）之間形成一個與氣體噴嘴（10）相通的氣體流動空腔，所述保護罩（8）的受光面采用透光材料制成。

【技術特征摘要】
1.一種表面氣流作用下材料反射率測試系統，包括積分球裝置(I)、試樣(7)，所述的積分球裝置(I)設置有激光入射孔(3)、探測器(4)和測量孔(5)，探測器(4)安裝在測量孔(5)處，激光束經激光入射孔(3)進入積分球裝置(I)內，探測器(4)記錄積分球裝置(I)內壁的反射光信號，其特征在于還包括使氣流通過試樣(7)表面的表面流場裝置，所述的表面流場裝置包括氣體噴嘴(10)、導流板(11)、保護罩(8)，所述導流板(11)緊貼積分球裝置(I)的試樣窗口(6)，所述試樣(7)嵌在導流板(11)上，所述試樣(7)的受光面與導流板(11)受光面平齊，所述保護罩為U形結構，其設置在導流板(11)外部且與導流板(11)之間形成一個與氣體噴嘴(10)相通的氣體流動空腔，所述保護罩(8)的受光面采用透光材料制成。2.根據權利要求1所述的表面氣流作用下材料反射率測試系統，其特征在于所述積分球裝置(I)還包括設置在積分球內壁上的抗強光片(9)，所述的抗強光片(9)安裝在入射激光束(2)經試樣(7) —次反射到積分球...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韋成華，陳林柱，朱揚，馬志亮，吳麗雄，林新偉，
申請(專利權)人：西北核技術研究所，
類型：發明
國別省市：