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    一種用于等離子體診斷的密閉爆發器及其密度控制方法技術

    技術編號:13306043 閱讀:172 留言:0更新日期:2016-07-10 01:11
    本發明專利技術公開了一種用于等離子體診斷的密閉爆發器,包括:燃燒室,其材質為炮鋼;密封裝置,其數量為兩個,分別設置在燃燒室兩側;以及等離子氣體發生裝置,其設置在燃燒室一端,并且位于該端密封裝置內部;卸壓裝置,其設置在燃燒室另一端的密封裝置內部,用于將密閉爆發器內高壓氣體引出;光學視窗,其設置在燃燒室頂部,用于觀測所述燃燒室內等離子體分布情況,密閉爆發器能夠將火藥在高溫高壓的密閉環境中引爆,收集爆炸后產生的等離子體,通過光譜法對熱電離等離子體進行診斷,再通過調整火藥的質量,實現等離子體密度的調節,調節準確迅速,可操作性強。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及本專利技術涉及等離子體診斷研究技術,具體涉及用于等離子體診斷的密閉爆發器及其密度控制方法
    技術介紹
    等離子體的診斷實際上是兩個步驟:診和斷。診更加注重于實踐,而斷則偏重于分析。所以,等離子體診斷就是使用某種物理方法檢測然后經過分析得到等離子體的某些物理參數。通俗的說,等離子體診斷就是使等離子體從“不可見”到“可見”的一個過程。等離子體的種類數目繁多,診斷不同種類的等離子體的方法也是不盡不同。一般來說,等離子體診斷方法有接觸式診斷和非接觸式診斷兩種方法,這是依據診斷方式的不同而區分的。如果依據診斷對象的不同,等離子體診斷方法又可分為低溫等離子體診斷和高溫等離子體診斷。兩種診斷分類的方法相互交叉,并不嚴格區分。不同診斷方法都有不同的優缺點,接觸式診斷法對于等離子體密度的空間分辨率相對較高,通常用于低溫等離子體診斷;而非接觸式診斷由于其診斷原理基本不會干擾等離子體的純度,常用于高溫等離子體診斷。朗繆爾探針法是一種接觸式診斷法,也是最為常用的一種方法。另一種方法是阻抗測量法,一般僅用于測量射頻放電產生的等離子體密度。非接觸式診斷方法一般有:微波干涉法、激光干涉法和光譜診斷法等。波干涉診斷法一般用于托卡馬克裝置測量等離子體密度,由于是非接觸測量所以不會改變等離子體的參數。但是由于空間布局的限制,安裝微波干涉法的通道是有限的,這就限制了測量密度的空間分布;激光干涉儀需要用的激光發射器,系統結構復雜,一般用于核聚變等離子體診斷。而且,診斷系統有較強的信號干擾,需要進一步改進系統,降低系統噪聲,過濾掉信號擾動,提高激光干涉診斷系統的分辨率。光譜法測量等離子體密度有很多優點,測量系統結構簡單,使用方便,測量范圍廣,更重要的是由于這是非接觸式測量,不會對等離子體產生干擾。作為一種等離子體診斷技術已經被廣泛應用于測量等離子體的各種參數。氣體電離產生等離子體的種類有很多,比如直流放電等離子體、容性耦合等離子體、電感耦合等離子體、微波放電等離子體和熱電離等離子體等。對于放電等離子體和耦合等離子體研究較多,而對于熱電離等離子體的研究非常少,只有對于熱電離幾率的討論等;同時以火藥燃氣產生等離子體為研究對象進行的熱電離等離子體研究同樣非常少,火藥燃燒時燃氣能達到3000K—4000K,壓力能夠達到400MPa,高溫高壓的環境會使氣體發生熱電離,用光譜測量法測量生成等離子體的發射光譜,對等離子體的電子密度、電子溫度等相關參數也需要廣泛的研究。
    技術實現思路
    本專利技術設計開發了一種用于等離子體診斷的密閉爆發器,能夠將火藥在高溫高壓的密閉環境中引爆,收集爆炸后產生的等離子體。本專利技術還有一個目的是在密閉爆發器頂部設置有光學視窗,采用密封墊片壓緊,既保證了密閉爆發器的密封結構,又為測量開辟了一個觀測窗口。本專利技術的另一個目的并采用光譜測量系統通過光學視窗進行非接觸式測量,解決了現有技術中火藥在密閉爆炸室內引爆對熱電離等離子體的光線采集困難的問題。本專利技術還涉及開發了一種等離子體密度控制方法,僅通過采集燃燒室內的溫度及壓力,再通過調整火藥的質量,實現等離子體密度的調節,調節準確迅速,可操作性強。本專利技術提供的技術方案為:一種用于等離子體診斷的密閉爆發器,包括:燃燒室,其材質為炮鋼;密封裝置,其數量為兩個,分別設置在所述燃燒室兩側;以及等離子氣體發生裝置,其設置在所述燃燒室一端,并且位于該端所述密封裝置內部;卸壓裝置,其設置在燃燒室另一端的所述密封裝置內部,用于將密閉爆發器內高壓氣體引出;光學視窗,其設置在燃燒室頂部,用于觀測所述燃燒室內等離子體分布情況。優選的是,所述等離子氣體發生裝置,包括:柱形腔室,其材質為絕緣材料,所述柱形腔室頂端設置有噴嘴,等離子體由所述噴嘴噴出;柱狀電極,其設置在所述柱形腔室中軸線位置;子電極,其設置在所述柱形腔室內部,并能夠施加于所述柱狀電極不同的電勢;引爆絲,其連接所述柱狀電極;毛細管,其套設在所述引爆絲中間位置,內壁涂覆介電膜;脈沖電源,其連接所述柱狀電極和所述子電極。優選的是,所述卸壓裝置,包括:放氣螺栓,其設置所述密封裝置的通孔內部;槽輪,其連接所述放氣螺栓,用于調節放氣螺栓與所述密封裝置的相對位置,以實現密閉爆發器的壓力調節。優選的是,所述光學窗材質為藍寶石晶體,并且所述光學窗在所述燃燒室安裝處通過密封墊片壓緊。優選的是,所述密封墊片采用自緊型金屬O型圈,材質為金屬鈦,表面鍍有金屬鎳,以彌補環槽密封表面不平或微小缺陷。優選的是,所述自緊型金屬O型圈為空心型環管,并在內側表面設置有多個小圓孔,其空心環管內部與所述燃燒室相連通。優選的是,所述密封裝置材質為紫銅。本專利技術的目的還可進一步由一種等離子體密度控制方法實現,包括以下步驟:步驟一:通過光譜測量得到等離子體光譜的譜線強度數據,通過所述譜線強度數據得到等離子體溫度;步驟二:并通過所述譜線強度數據及所述等離子體溫度計算得到等離子體密度;步驟三:通過所述譜線強度數據及所述等離子體溫度得到等離子體密度;步驟四:傳感器檢測燃燒室內溫度T及壓力P,通過改變燃燒室內火藥裝填量Mα,實現等離子體密度調節; N e = 0.16 × 10 11 · ( 0.536 M α 2 + 0.53 M α + 1.04 ) · e 本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種用于等離子體診斷的密閉爆發器,其特征在于,包括:燃燒室,其材質為炮鋼;密封裝置,其數量為兩個,分別設置在所述燃燒室兩側;以及等離子氣體發生裝置,其設置在所述燃燒室一端,并且位于該端所述密封裝置內部;卸壓裝置,其設置在燃燒室另一端的所述密封裝置內部,用于將密閉爆發器內高壓氣體引出;光學視窗,其設置在燃燒室頂部,用于觀測所述燃燒室內等離子體分布情況。

    【技術特征摘要】
    1.一種用于等離子體診斷的密閉爆發器,其特征在于,包括:
    燃燒室,其材質為炮鋼;
    密封裝置,其數量為兩個,分別設置在所述燃燒室兩側;以及
    等離子氣體發生裝置,其設置在所述燃燒室一端,并且位于該端所述密封裝置內部;
    卸壓裝置,其設置在燃燒室另一端的所述密封裝置內部,用于將密閉爆發器內高壓氣
    體引出;
    光學視窗,其設置在燃燒室頂部,用于觀測所述燃燒室內等離子體分布情況。
    2.根據權利要求1所述的用于等離子體診斷的密閉爆發器,其特征在于,所述等離子氣
    體發生裝置,包括:
    柱形腔室,其材質為絕緣材料,所述柱形腔室頂端設置有噴嘴,等離子體由所述噴嘴噴
    出;
    柱狀電極,其設置在所述柱形腔室中軸線位置;
    子電極,其設置在所述柱形腔室內部,并能夠施加于所述柱狀電極不同的電勢;
    引爆絲,其連接所述柱狀電極;
    毛細管,其套設在所述引爆絲中間位置,內壁涂覆介電膜;
    脈沖電源,其連接所述柱狀電極和所述子電極。
    3.根據權利要求1或2所述的用于等離子體診斷的密閉爆發器,其特征在于,所述卸壓
    裝置,包括:
    放氣螺栓,其設置所述密封裝置的通孔內部;
    槽輪,其連接所述放氣螺栓,用于調節放氣螺栓與所述密封裝置的相對位置,以實現密
    閉爆發器的壓力調節。
    4.根據權利要求1所述的用于等離子體診斷的密閉爆發器,其特征在于,所述光學窗材
    質為藍寶石晶體,并且所述光學窗在所述燃燒室安裝處通過密封墊片壓緊。
    5.根據權利要求4所述的用于等離子體診斷的密閉爆發器,其特征在于,所述密封墊片
    采用自緊型金屬O型圈,材質為金屬鈦,表面鍍有金屬鎳,以彌補環槽密封表面不平或微小
    缺陷。
    6.根據權...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:毛保全宋鵬李程鐘孟春楊雨迎李華徐振輝白向華王艷峰
    申請(專利權)人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院
    類型:發明
    國別省市:北京;11

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