專利名稱：一種檢測激光沖擊波壓力的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光沖擊的力學參數(shù)測量領(lǐng)域，特指一種利用擺錘來測量激光沖擊力的方法與裝置，它利用動量定理，機械能守恒定律，根據(jù)激光沖擊擺錘后擺錘擺的動角度及激光沖擊作用的時間計算出激光沖擊力的大小。技術(shù)背景
隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，對金屬零件的強度變得要求越來高，利用強激光誘導沖擊波來強化金屬表面的新技術(shù)稱為激光沖擊強化技術(shù)(簡稱LSP)，由于其表面強化效果好，自產(chǎn)生之日起就得到了廣泛的關(guān)注和研究。1998年該技術(shù)被美國研發(fā)雜志評為全美 100項最重要的先進技術(shù)之一；美國上世紀90年代后期開始的航空發(fā)動機高頻疲勞研究計劃中，將激光沖擊強化技術(shù)列為工藝技術(shù)措施首位，2005年，研制激光沖擊強化系統(tǒng)的MIC 公司獲美國國防制造最高成就獎，美國將該技術(shù)列為第四代戰(zhàn)斗機發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)之一， 足見該項技術(shù)的重大價值，國內(nèi)外的研究均表明，激光沖擊強化對各種鋁合金、鎳基合金、 不銹鋼、鈦合金、鑄鐵以及粉末冶金等均有良好的強化效果，除了在航空工業(yè)具有極好的應用前景外，在汽車制造、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋運輸和核工業(yè)等都有潛在的應用價值；因此，準確的測定激光沖擊力的大小對于激光沖擊強化的應用與發(fā)展都具有重要的意義，目前測量激光沖擊的方法，主要通過激光壓力傳感器來測量，常用的有光纖壓力傳感器，PVDF,寬帶擴音器、PVDF或者PZT換能器、石英傳感器、藍寶石傳感器、錳銅絲壓阻傳感器以及基于雙折射理論的光纖傳感器等，過去的測量方法對設備要求較高且操作復雜，并且不能避免激光沖擊作用于靶材后，靶材對設備產(chǎn)生的沖擊。多次試驗后必對測量裝置造成損害，增加了測量成本。
本發(fā)明提供一種解決上述測量方法缺點的測量方法與裝置，它根據(jù)動量定理及機械能守恒定律簡化了測量原理，同時，把傳統(tǒng)的將靶材固定來測量激光沖擊力改進為使用擺錘，用運動的方法來測量激光的沖擊力解決了以往測量激光沖擊力的弊端，優(yōu)化了測量方法，降低了設備成本，簡化了操作方式。發(fā)明內(nèi)容
基于激光沖擊力測量技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種檢測激光沖擊波壓力的方法與直ο
一種檢測激光沖擊波壓力的方法利用動量定理及機械能守恒定律，將激光沖擊產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為擺錘的勢能，通過加速度傳感器和角度測量儀測得擺錘擺動的角度，通過PVDF應變片及示波器得到激光沖擊波作用于擺錘的時間，從而算得激光沖擊波壓力的大小，其特征在于激光處理前在靶材正對激光的一面貼上PVDF應變片，靶材背對激光的一面貼上加速度傳感器，將靶材用兩根等長細金屬絲懸掛在橫向支桿上形成一個擺錘，用激光對擺錘中心進行沖擊，使擺錘運動到一定高度，通過加速度傳感器和角度測量儀測得擺錘的擺角，示波器測得波形的第一峰值時間為激光沖擊力作用于擺錘的時間，工控機采集這些數(shù)據(jù)后，根據(jù)擺錘的擺角計算出擺錘的高度，由mgh求得擺錘勢能的大小，
權(quán)利要求
1. 一種檢測激光沖擊波壓力的方法，利用動量定理及機械能守恒定律，將激光沖擊產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為擺錘的勢能，通過加速度傳感器和角度測量儀測得擺錘擺動的角度，通過 PVDF應變片及示波器得到激光沖擊波作用于擺錘的時間，從而算得激光沖擊波壓力的大小，具體為激光處理前在靶材正對激光的一面貼上PVDF應變片，靶材背對激光的一面貼上加速度傳感器，將靶材用兩根等長細金屬絲懸掛在橫向支桿上形成一個擺錘，用激光對擺錘中心進行沖擊，使擺錘運動到一定高度，通過加速度傳感器和角度測量儀測得擺錘的擺角，示波器測得波形的第一峰值時間為激光沖擊力作用于擺錘的時間，工控機采集這些數(shù)據(jù)后，根據(jù)擺錘的擺角計算出擺錘的高度，由mgh求得擺錘勢能的大小Ft - niv 1. ,由公式(1)得到擺錘獲得動能的大小，進而計算出擺錘的初速度，由公式(2)即可得到激光沖擊波壓力的大小，其中F為激光沖擊波壓力、t為激光沖擊波壓力作用在擺錘上的時間、m為擺錘的質(zhì)量、ν為擺錘的初始速度、g為重力加速度、h為擺錘的高度。
2.一種檢測激光沖擊波壓力的裝置，包括激光器、工控機、多螺紋工作臺，其特征在于 還設有對準定位系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、擺錘、角度測量儀、示波器；對準定位系統(tǒng)和激光器并列放置在多螺紋孔工作臺底座的一端；光路系統(tǒng)放置在激光器出光口前面多螺紋孔工作臺底座上，示波器與角度測量儀放置在多螺紋孔工作臺底座上，分別用于采集激光沖擊波壓力的作用時間及擺錘的最大擺角；所述擺錘由細金屬絲、加速度傳感器、靶材、PVDF應變片、吸收層、約束層組成并懸掛在橫向支桿上，靶材面向激光的一面的中心涂有吸收層，PVDF應變片貼于靶材面向激光器的一面，并位于吸收層的左右兩側(cè)以保持擺錘的平衡，其中一個用細銅絲連接至示波器，吸收層的上方設有約束層，靶材背向激光的一面貼有加速度傳感器， 并用細銅絲與角度測量儀相連。
3.如權(quán)利要求2所述的一種檢測激光沖擊波壓力的裝置，其特征在于所述對準定位系統(tǒng)由對準光源支架、滑動裝置、對準光源、橫向支桿、縱向支桿、X—Y工作臺組成，對準光源支架位于多螺紋孔工作臺底座上，用于調(diào)節(jié)對準光源的高度，滑動裝置安裝在對準光源支架上并能夠在對準光源支架上沿垂直于激光發(fā)射方向左右滑動，用于調(diào)節(jié)對準光源的左右位置，對準光源安裝在滑動裝置上，橫向支桿安裝在縱向支桿上并能沿縱向支桿上下滑動以調(diào)節(jié)擺錘中心的高度，縱向支桿安裝于X—Y工作臺上，工控機控制X—Y工作臺在X— Y平面內(nèi)運動用以調(diào)節(jié)擺錘的位置，使靶材中心與對準光源光斑重合。
4.如權(quán)利要求2所述的一種檢測激光沖擊波壓力的裝置，其特征在于所述光路系統(tǒng)包括兩塊反光鏡，激光器發(fā)出的激光，先后經(jīng)第一反光鏡、第二反光鏡沖擊擺錘中心；第一反光鏡安裝在第一支桿上并位于激光器出光口前面，第一反光鏡中心高度須與激光器出光口的中心位置平齊，第二反光鏡安裝在第二支桿上并位于對準光源出光口前面，第二反光鏡中心高度須與對準光源出光口的中心位置平齊，兩塊塊反光鏡的鏡面相互平行，鏡面中心位于同一高度。
5.如權(quán)利要求2所述的一種檢測激光沖擊波壓力的裝置，其特征在于所述工控機控制激光器、并通過導線角度測量儀與示波器相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光沖擊的力學參數(shù)測量領(lǐng)域，特指一種利用擺錘來測量激光沖擊力的方法與裝置，它利用動量定理，機械能守恒定律，根據(jù)激光沖擊擺錘后擺錘擺的動角度及激光沖擊作用的時間計算出激光沖擊力的大小。本發(fā)明基于動量定理、機械能守恒定律，測量原理明確，使用擺錘法測量沖擊力設備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低。
文檔編號G01L5/00GK102519642SQ20111038107
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者馮愛新, 盧軼, 曹宇鵬, 楊潤, 聶貴鋒, 謝勇 申請人:江蘇大學