[实用新型]数字激光爆炸加载动光弹实验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种动态光测力学实验装置，特别涉及一种研究爆炸应力波的数字激光爆炸加载动光弹实验系统。 

背景技术

动光弹实验是采用光学灵敏性材料制成与实物相似的模型,在动载荷作用下,用偏振光照射,在底板上直接记录模型中应力等差线的一种光学测量方法。它具有很强的直观性,能直接获得固体介质中应力波的传播、迭加，以及裂纹与应力波相互作用的动态过程中瞬间应力分布图,可以真实反映出动态过程的信息与规律。 

在动态光弹性研究中，国内通常采用多火花式动光弹仪。该系统是在背景很暗的条件下，让高速断裂过程在快门打开着的相机前进行，用一次历程极短的强力闪光来照明，使底片曝光，记录下光弹的实验过程，相当于多通道静态光弹仪接续工作，不会因像移而产生图像模糊的问题，因而可获得清晰的应力条纹图像。但由于该实验系统需延迟控制器及光电装置来控制和校核火花的放电时刻，导致摄影时机不易把控；同时，光通过光弹模型时，产生视差，总幅数较少，摄影频率较低，给后期分析处理带来困难。 

在国外，也有采用静态光弹仪与转镜式高速分幅相机结合的系统，即在高速摄影系统中加入偏振光场，由于该系统的测试灵敏度低，无法获得清晰的应力条纹图像。 

工作时，上述两种设备采用的都是传统的物理胶片作为记录介质，对实验人员的操作和经验要求较高，实验成功率低，成本高，不利于开展更深一步地研究。 

如何解决上述问题，强化和改进动态光弹实验系统，就成为本实用新型的主要目的。 

发明内容

随着数码技术的发展，本实用新型旨在建立一种数字激光爆炸加载动光弹实验系统，将高速数码摄影与静态光弹系统相结合，变物理胶片为数码照片，实现动态光弹实验系统的创新、发展和升级。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的： 

本实用新型所述的数字激光爆炸加载动光弹实验系统，具体包括激光器、扩束镜、场镜组合、左1/4波片、右1/4波片、检偏镜、爆炸加载装置、起爆器、数码高速摄影机和电脑。激光器的照射端与扩束镜相对应，扩束镜与场镜相对应，场镜组合使扩束镜传出的面 光束变成平行光后，再经汇聚后传出。左1/4波片、右1/4波片和检偏镜沿着激光照射方向顺序排列在场镜组合的平行光区域内；爆炸加载装置位于左、右1/4波片之间；数码高速摄影机位于场镜组合输出端的焦点上；起爆器采用同步信号连接的方式分别与爆炸加载装置和数码高速摄影机连接；电脑连接在数码高速摄影机的输出端口上。 

选用激光器作为实验光源设备，是基于激光的定向性和高亮度特点来考虑的。因为用数码高速摄影机记录动态过程有两个要求：一个是曝光时间要足够短；另一个是要求照明光足够强，以保证足够的曝光量。激光完全符合上述两点要求。激光器的具体型号主要以激光波长与数码高速摄影机感光波长是否匹配为标准进行选择，同时，兼顾激光强度是否满足试件实验的不同要求，从而完成激光器的型号选择。在具体实验中，采用与数码高速摄影机光感应最匹配波长对应的激光作为实验光源，以保证曝光效果，保证拍摄质量，同时，还可有效实现对试件物体的持续、稳定、高亮度照射，实现正常环境条件下的拍摄需要，使光弹条纹的呈现更直观、明了。 

为充分利用激光的特性，在激光器的照射通路上首先设有扩束镜，扩束镜将激光的线光束扩散为面光束，形成光源的发散，为后续有效照射和准确照射做准备。 

场镜组合位于扩束镜的后续光路传送通道上，场镜组合为两个相对放置的凸透镜，前端凸透镜的外侧与扩束镜相对应，后端凸透镜的外侧焦点与数码高速摄影机相对。其中，前端凸透镜将扩束镜传导出的面光束变成平行光后，再经后端凸透镜汇聚后传出。平行光可保证试件照射过程和后期图像采集过程的准确性。 

左1/4波片、右1/4波片和检偏镜位于场镜组合的前端凸透镜与后端凸透镜之间，由于激光本身为偏振光，即满足了光弹中对入射光是偏振光的要求，其中，左1/4波片用于产生圆偏振光，右1/4波片及检偏镜负责还原圆偏振光为平面偏振光。当然，为保证圆偏振光场的形成质量，在圆偏振光场中还可包括起偏镜，起偏镜可放置于前端凸透镜和左1/4波片之间，其作为实验过程的备选设备待用。