文尚刚，赵 锋，翁继东，王 翔
（中物院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室，四川 绵阳 621900）
摘 要：对多年进行强爆轰驱动实验研究所采用的主要测试技术进行了初步归纳与总结。这些测试技
术主要是用来测量飞片的飞行速度及飞片的平面度，所使用的测试技术包括高速摄影、电探针、X 光闪光 照相、激光干涉测速等技术。石门一中苏光
关键词：；强爆轰驱动；测试技术
1 引 言
所谓的强爆轰驱动飞片技术，就是利用高速飞片（称为一级飞片或初级飞片）撞击，在中形成强爆轰，使得下一级飞片（称为二级飞片或次级飞片）达到更高速度。强爆轰的块驱动二级飞片达到高速的主要机理并不在于明显提高了的爆速，而是一级飞片发挥了活塞作用，致使爆轰产物
中形成较高的压力平台的缘故。通过这种强爆轰驱动装置再结合阻抗匹配技术获得的超高速度金属飞片（称为末级飞片）最高速度可超过10 km/s ，由它撞击靶材料可产生几百万大气压的压力，是一种简易可行的超高压加载手段[1]。
一级 二级飞片 二级 缓冲层
图1 强爆轰驱动装置示意图
一个典型的平面加载条件下强爆轰驱动装置示意图如图1所示。平面加载条件下强爆轰驱动加载装置的实用价值主要体现在所获得末级飞片的速度与平面度，如何对超高速飞片的速度及平面度进行精确测量是进行强爆轰驱动技术研究必须解决的关键技术。这些测试技术主要是用来测量飞片的飞行速度及飞片的平面度，所使用的测试技术包括高速摄影、电探针、X 光闪光照相、激光干涉测速等技术。本文在多年的实验研究基础上，针对二级飞片或末级飞片速度或平面度的测量，对这些技术进行了简单的介绍，并分析了它们各自的优缺点。
2 飞片速度的测量
强爆轰驱动技术的主要目的就是要获得较高速度的二级飞片或末级飞片，这些飞片的速度测量可采用电探针、高速摄影、X 光闪光照相、激光干涉测速等技术，下面分别对它们进行介绍。
2.1 电探针测试技术
电探针测试技术是爆轰实验中常用的一种测试技术，电探针本身是一种无源接触式传感器，工作时需要外加电压。在强爆轰驱动实验中，可以用电探针技术来测量飞片的飞行速度，宜使用直径较小的光杆探针，在飞片运动的方向上布置若干一定间距的探针，探针与飞片的运动方向垂直，用与飞片
距离较近的一到两对探针作为触发探针。由于实验用的飞片一般是金属飞片，它本身可以用来作为公用地线的一部分，在飞片加速飞行过程中，通过一定间隔的电探针测量飞片到达不同位
* 基金项目：国防科技工业基础科研项目（批准号：A1520070075）
作者简介：文尚刚（1968-），性别，男，职称，研究员，主要从事爆轰物理研究。e-mail ：**************
置的时间，以获得飞片加速到一定距离时的瞬时速度；
需要注意的是，用光杆探针在空气环境中测量飞片时，被测量速度不能太高，因为运动物体前面的脱体冲击波阵面处的空气是电离的，可能导致电探针提前接通[2]。
2.2 高速摄影法
可以用高速摄影中的闪光间隙法[2]来测量高速飞行的飞片速度。闪光间隙法又称光探板法，光探板由盖片、气体间隙和传光介质（一般为有机玻璃块）三部分组成，当飞片高速撞击盖片时，盖片驱动的冲击波进入空气隙，冲击波在气隙中很快地来回反射，使气隙中气体的压力和温度急剧升高而发出强辐射光，它的闪光可以被高速扫描相机记录。当盖片运动到气隙的下表面时，气隙闭合，发光截止。由于气隙很窄，上述过程很快，扫描相机底片记录的将是一条较窄的发光亮线。
在实际应用中，常用硝酸钡粉末代替空气隙作为发光层，可以获得更好的发光亮度。值得注意的是，在使用闪光间隙法测量飞片速度时，必须恰当选择盖片的材料与厚度。采用盖片的目的，一是构成一个封闭的薄的空气间隙，二是消除飞片前传播的冲击波对气隙发光的影响。盖片材料一般可以选用黄铜，厚度在0.1~0.2 mm左右。
用高速扫描相机记录飞片撞击具有一定高度差光探板时发光图像，经过底片判读获得飞片撞击光探板上下台阶的时间，进而可以计算飞片的加速到一定距离时的瞬时速度。图2是文献[1]获得二级钢飞片（φ74.8mm×1.5mm）及末级钢飞片（φ60mm×0.5mm）击靶时的扫描图像，两级飞片对应的撞击速度分别为4.38 km/s与5.26 km/s，实验用的光探板是用有机玻璃做成的直径为6cm、台阶高度为1.5mm的台阶靶。
a) 二级飞片撞击台阶靶时的照片b) 末级飞片撞击台阶靶时的照片
图2 闪光间隙法记录的飞片击靶扫描图像
2.3X光测试技术
X射线是高速电子束轰击重金属靶产生的一种电磁辐射，通常的波长范围约10-4~10-1 mm，对物质有很强的穿透本领，并能使底片感光。采用X光测试技术获得飞片的飞行速度，就是利用多幅X 光技术记录飞片到达不同位置处的图像，以获得飞片在一定距离内的平均速度。
图3是文献[3]利用多幅X光测试技术获得二级钢飞片（φ118 mm×1.0 mm）在两个不同时刻击靶时的闪光图像，由此计算出飞片在这段时间内的平均速度为6.4 km/s。
a)
t=4.542 μs b) t=6.267 μs
图3 用X光测试技术记录的二级飞片在不同时刻的击靶姿态
2.4 激光干涉测速技术
激光速度干涉仪的工作原理[4]是：当激光垂直照射于物体表面时，如果物体发生运动，因多普勒效应使返回光束带有速度信息，反射光与入射光的频率之差称为多普勒频移。根据实时测到多普
练习模式
勒频移变化，可用得到运动物体的速度历程。
目前，流体物理研究所已发展了多种激光干涉测速技术，如任意反射面的激光速度干涉仪（简称VISAR ）、全光纤速度干涉仪（简称DISAR ）及以及多普勒探针（简称DPS ），这些测试技术均可用来测量强爆轰驱动中的飞片速度。由于DPS 探针系统结构紧凑，且DPS 光纤探针小巧易于安装，能够实现非接触式测量，避免了电子学探针的接触式测量对被测对象可能产生的干扰，在一定条件下还可以实现冲击波速度与粒子速度的同时测量。因此，在大部分强爆轰驱动试验中采用了这种测试技术测量二级飞片的速度。
图4是文献[5]利用DPS 测试技术获得二级钢飞片（φ16 mm ×0.5 mm ）在强爆轰驱动下的速度变化历史，二级飞片在0.54 μs 内被加速到8.60 km/s 。由于旁侧爆轰产物的影响，0.54 μs 后的飞片速度未能测到。从图4可以看出，利用激光干涉测速技术可以获得飞片由静止到被加速到超高速过程中飞片速度详细的连续变化过程，信息量十分丰富，这是其它测试方法所无法比拟的。
-1.0-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.0壶奥
2000
4000
6000
8000
10000
v / (m /s )t / μs
图4 DPS 探针记录的二级飞片速度历史
以上几种飞片速度测试技术各有特，其中激光干涉测速技术测量精度高，能详细记录飞片的加速过程。目前DPS 探针最高测量速度已接近10 km/s ，由于体积小巧，安装方便，它将成为以后研究的主要测速技术。
3 飞片平面度的测量
如果要将强爆轰驱动技术应用于类似材料的物态方程精密实验研究中，就必须保证飞片有较好的平面度。用于二级飞片或末级飞片平面度测量可采用电探针及X 光测试技术，下面进行简单介绍。
3.1 电探针测试技术
电探针测试技术，就是用电探针测量飞片击靶后冲击波到达靶下表面不同空间位置处的时间，以此反推飞片击靶前的形状，即获得飞片的平面性。
文献[5]采用了电探针方法测量二级飞片的平面性，9根直径为0.7 mm 的电探针分别分布在直径为4 mm 、8 mm 的圆周上。对测到的实验数据进行处理，得到直径8 mm 范围内的9个测点的时间极差为36.5 ns ，均方差为12.0 ns 。处理出的飞片击靶前形状如图5所示，可以看出飞片中部仍有较好的平面性，但整体略有倾斜。
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图5 二级飞片击靶平面性
3.2 X 光测试技术
采用X 光测试技术，可以获得飞片在某一时刻的形状，并直观地获得飞片的飞行姿态，了解飞片运动过程中的平面性。图3是文献[3]利用多幅X 光测试技术获得二级钢飞片在两个不同时刻击靶时的闪光图像，从这个图可以看出飞片击靶前有较好的平面性。
电探针测试技术是目前的主要测试技术，它的主要特点是测试精度高，时间精度可达1 ns ，它可与DPS 测速技术联合使用，将成为测量飞片平面度的主要测试技术。
4 几种测试技术的比较
上述几种测试技术各有特，对它们进行比较，列于表1所示。
表1 几种测试技术的比较
测试技术
优点 缺点 电探针测速法
安装简便，成本低。 离散点测量，精度不高，有被误导通的风险。 高速摄影法
可得到直观图像。 离散点测量，精度不高，对光路有特殊要求。 激光测速法
非接触连续测量，精度高。 测试系统复杂，对飞片样品表面有较高要求。 X 光测速法
可得到直观图像。 离散点测量，精度不高，底片需要恰当防护。 电探针测平面性
易于安装，精度较高。 需要探针数量较多，对数据采集系统要求较高。 X 光测平面性 可得到直观图像。 精度不高，底片需要恰当防护。
5 结 论
电探针、高速摄影、X 光闪光照相、激光干涉测速等技术都可以用于强爆轰驱动实验，其中电探针及激光干涉测速技术将成为这类实验的主要测量技术。
丙丁酚参考文献：
[1]
文尚刚，孙承纬, 赵峰. 多级爆轰驱动—研究超高速碰撞的一种新的加载技术[J].高压物理学报, 2000, 14(1):22-27. [2]
孙承纬，卫玉章，周之奎. 应用爆轰物理.北京：国防工业出版社, 2000. [3]
文尚刚，赵锋，孙承纬等[M]. 低真空条件下强爆轰驱动超高速飞片实验研究[J]. 高压物理学报, 2004, 18(4), 315-318. [4]
胡绍楼. 激光干涉测速技术[M]. 北京 ：国防工业出版社 , 2001. [5] 文尚刚，赵锋，王建等.气炮加载下强爆轰驱动技术初步实验研究[J]. 高压物理学报，已录用.
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