CN113406264A - 基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，包括高压密闭燃烧实验装置，所述高压密闭燃烧实验装置内固定有测试药柱，所述测试药柱在高压密闭燃烧实验装置内进行高压密闭燃烧实验；点火单元，利用激光辐照对高压密闭燃烧实验装置内的测试药柱进行非接触式点火；测速单元，利用太赫兹波的多普勒效应对高压密闭燃烧实验装置中的测试药柱进行燃烧测速；气体产物压力实时测量单元，用于测量并记录高压密闭燃烧实验装置产生的压力数据变化。本发明通过利用太赫兹波的多普勒效应，以测量波的干涉的方式，获取精准的燃烧速度。

Description

基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置及方法

技术领域

本发明涉及固体含能材料燃烧速率非接触式测量的实验技术领域，具体是基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置及方法。

背景技术

在受约束条件下的***在机械刺激或热刺激作用下，可能发生持续的燃烧反应，其能量传递机制以热传导表面逐层传播为主，即所谓的热传导燃烧或层流燃烧。对于采用压装工艺形成的PBX***，材料内部的孔隙可以忽略，燃烧产生的高温气体产物难以渗入孔隙对未反应***进行预热。因此，可以认为燃烧反应仅维持在***的表面。在该过程中，存在着明确的气-固反应阵面，反应物和未反应物之间主要通过热传导的形式传递能量。***的燃烧速率随压力的增大而增大。在约束空间内，***燃烧生成的气体产物使压力迅速升高，***燃烧速率也随之大幅度提升，甚至最终导致出现高烈度反应、造成灾难性后果。因此，研究***燃烧速率随气体产物压力变化的规律是深入认识约束条件下PBX***反应演化行为的重要基础。

但是，现目前的***燃烧速率研究面临非常多的困难，尤其是在相关燃烧数据的收集上，不能完整的收集到较为合适的***燃烧速率的相关数据，所得出的实验结果通常为平均结果，不能准确的反映燃烧过程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术在对燃烧速度进行非接触式测速的时候存在测试精度偏低、单次实验获取数据量偏少、实验操作难度偏大的不足，提供了一种基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置及方法，通过利用太赫兹波的多普勒效应，以测量波的干涉的方式，获取精准的燃烧速度。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，包括高压密闭燃烧实验装置、测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元，所述测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元分别与所述高压密闭燃烧实验装置连接，其中，

高压密闭燃烧实验装置，所述高压密闭燃烧实验装置内固定有测试药柱，所述测试药柱在高压密闭燃烧实验装置内进行高压密闭燃烧实验；

点火单元，利用激光辐照对高压密闭燃烧实验装置内的测试药柱进行非接触式点火；

测速单元，利用太赫兹波的多普勒效应对高压密闭燃烧实验装置中的测试药柱进行燃烧测速；

气体产物压力实时测量单元，用于测量并记录高压密闭燃烧实验装置产生的压力数据变化。

目前，在进行高压下固体***燃烧速率的测量实验中，大多采用在密闭燃烧容器内采用断丝法进行燃速测量。但是采用这种方法存在很多弊端，首先，断丝法所获取的数据量有限，且所得到的速度实际上是某一小段***样品燃烧过程中的平均速度，无法反映出实际燃烧过程中燃速随气相压力所产生的瞬时地、持续地变化；其次，上述方法属于侵入式测量，为了布置测试元件，需要在被测试药柱上人为制造***界面，燃烧的传播必然会受到一定的干扰；再次，植入药柱的金属丝在被熔断前需要经历一定的熔化时间，无法立即给出信号，造成信号的延迟；最后，由于***的点火头、测试金属丝等均需要从外部穿过密闭燃烧容器壁到达被测试药柱，对穿线孔处的密封设计带来了一定的挑战；断丝法中金属丝较细，极易被破坏，这对实验前的安装工作也带来了一定的困难，严重影响了实验效率，这样就导致了在实验的时候存在测试精度偏低、单次实验获取数据量偏少、实验操作难度偏大的不足，导致这种不足产生的主要原因在于：第一，实验过程中***的燃烧温度较高并发出强光，常用的可见光测试技术无法准确分辨出燃烧面的移动位置；第二，***燃烧气体产物压力较高，需要达到几百MPa甚至GPa水平，对密闭燃烧容器的耐高压性能和密封性能具有较高的要求；第三，***燃速随产物压力的变化幅度大，通常从0.1mm/s量级至10⁴mm/s量级变化，大多燃速测量技术难以实现跨多量级的高精度诊断；所以在本发明中，摒弃了普遍采用的燃烧测速方法，采用高压密闭燃烧实验装置与测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元的结合，实现对高压下***燃烧速率的非接触式高精度测量，获取高压下***燃烧速率随产物压力变化的发展关系，在本发明中，所述测速单元利用太赫兹波的多普勒效应，用干涉法进行燃烧速度的测量，由于太赫兹波是指频率在0.1太赫兹到10太赫兹范围的电磁波，波长大概在0.03mm到3mm范围，介于微波与红外之间，所以太赫兹波属于不可见波，太赫兹波的脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以方便地进行时间分辩的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰，同时太赫兹波在光路上的传输时间为纳秒量级，因此可认为该测速方法为即时响应，不会存在响应滞后的问题，所以在进行燃烧速度的测量的时候，太赫兹波能够有效抵抗杂波干扰，从而得出更加准确的测量速度，本发明中的高压密封燃烧装置和非接触式激光点火，能够有效的适应测试药柱燃烧气体产物的压力，气体产物压力实时测量单元能够收集并记录实时压力变化，所以本发明能够通过利用太赫兹波的多普勒效应，以测量波的干涉的方式，获取精准的燃烧速度，而具体测速原理是干涉测量原理。

进一步的，所述高压密闭燃烧实验装置包括密封装置主体，所述密封装置主体内设有装置空腔，所述装置空腔中设有定位组件，所述定位组件套设在所述测试药柱外，在所述定位组件外设有引燃剂，所述装置空腔的上方设有激光点火窗口，所述装置空腔的下方设有测速窗口，所述激光点火窗口的位置与点火单元位置对应，所述测速窗口与所述测速单元位置对应，在密封装置主体的侧面设有压力传感器安装孔。在本发明中，为了提高高压密闭燃烧实验装置的密封性能，直接在密封装置主体中间设置空腔，通过激光点火窗口采用非接触式激光辐照的形式点燃装置空腔中定位组件外的引燃剂，从而点燃测试药柱，通过测速窗口发射和收集太赫兹波，从而利用太赫兹波的干涉对燃烧速度进行测量。

进一步的，所述密封装置主体包括筒体，在筒体的上方设有盖板，盖板与筒体可拆卸的固定连接，在筒体的下方设有底板，所述底板与筒体可拆卸的固定连接，所述激光点火窗口位于筒体的顶部，所述盖板上设有激光孔，所述激光能够通过激光孔到达激光点火窗口，所述底板上设有太赫兹波孔，所述太赫兹波能够通过太赫兹波孔到达测速窗口。本发明中为了安装定位组件的方便，将密封装置主体设置为盖板、筒体、底板三部分，并且这三部分采用可拆卸的固定连接，本发明中的筒体的顶部和底部并不是全开放的形式，只是留出了足够容纳定位组件的安装的位置以及激光和太赫兹波通过的位置，从而加强装置的密封性能，所述激光点火窗口和激光孔位置对应，所述太赫兹波孔和测速窗口位置对应，以达到最佳点火效果和最佳测速效果。

进一步的，所述盖板与筒体之间设有盖板密封环，在所述激光点火窗口与盖板或筒体之间均设有点火窗口垫片；所述底板与筒体之间设有底板密封环，在所述测速窗口与底板或筒体之间均设有测速窗口垫片。本发明需要抵抗几百MPa甚至GPa水平的压力，所以对高压密闭燃烧实验装置的密封性能是较大的考验，而为了增强密封性，本发明在所有的衔接处均设置有密封环，盖板与筒体之间设置有盖板密封环，底板与筒体之间设置有底板密封环，通过密封环的限制，使得盖板与筒体、底板与筒体之间的连接更加紧密，密封性能更加出色，而测速窗口垫片和点火窗口垫片能够有效的避免高压力直接作用在测速窗口和点火窗口上，从而避免测速窗口和点火窗口被压力破坏，提高整体装置的抗压性能。

进一步的，所述定位组件包括环氧树脂，所述环氧树脂套设于所述测试药柱外，在所述环氧树脂外套设有套筒，所述套筒、环氧树脂和测试药柱均与所述测速窗口固定。为了防止测试药柱的端面火焰将测试药柱的侧面引燃、保证燃烧面沿测试药柱轴线向下传播，需要对测试药柱进行封装处理，所述封装处理，是将测试药柱置于套筒内，套筒可以采用聚四氟乙烯制成，以避免在燃烧中对测试药柱产生影响，本发明中采用环氧树脂对套筒内的间隙进行填充，待套筒内的环氧树脂固化后便可以正常使用。

进一步的，所述测速单元包括太赫兹波源、传输收集光路和正交探头，其中，

太赫兹波源，用于发射太赫兹波并聚焦后向高压密闭燃烧实验装置内照射；

传输收集光路，用于将太赫兹波源发出的太赫兹波传输到高压密闭燃烧实验装置，并收集高压密闭燃烧实验装置内燃烧界面传回的太赫兹波发送到正交探头；

正交探头，接收从所述高压密闭燃烧实验装置传回的太赫兹波，产生并输出正交IQ干涉信号，并由示波器记录。

在本发明中的测速单元中，由太赫兹波源发射的太赫兹波经太赫兹波透镜聚焦后 入射进目标靶（即高压密闭燃烧实验装置），被内部燃烧界面反射后沿原路返回，并进入正 交探头。随着燃烧界面的移动，反射的太赫兹波发生相位改变，与参考壁干涉后在正交探头 上产生并输出正交IQ干涉信号，最终由示波器记录，在本发明中，IQ两路干涉振荡信号最近 邻的峰-谷代表反射界面向前推进了Δx=λ/n/8，其中λ为所用太赫兹波波长，n为***介质 太赫兹波段折射率。因此，可以得到在这段时间Δt内的界面推进速度

。一般 太赫兹波段***折射率在1.7~2.2之间，且可通过太赫兹-TDS等方法进行高精度（±1%）的 测定。

进一步的，还包括同步机，所述测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元分别与同步机连接，所述点火单元包括激光器，所述激光器能够向所述高压密闭燃烧实验装置内发出激光辐照；所述气体产物压力实时测量单元包括压力传感器和示波器，所述压力传感器能够测量高压密闭燃烧实验装置内的压力变化，所述示波器能够接收压力传感器的信号并显示高压密闭燃烧实验装置内的压力波动。

基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验方法，包括以下步骤：

S1：准备药柱，并将药柱封装固定到所述高压密闭燃烧实验装置内；

S2：组装高压密闭燃烧实验装置，并检查密封性；

S3：安装压力传感器；点火激光与点火单元对光；测速太赫兹波与测速单元对光；

S4：设置示波器及同步机；

S5：发出点火指令并记录各***测试数据。

采用本发明的实验方法进行实验，对被测试样品无干扰，因为本发明采用激光辐照的方式对被测试***进行点火，利用可穿透***的太赫兹波多普勒干涉测速测量***的燃烧速率，不需要对***进行人为的分割、拼接以及在燃烧空腔内放置任何元器件，不会对***燃烧面的传播、产物气体的增压过程形成干扰；本发明中采用的基于太赫兹波多普勒干涉测速可对被测物体进行连续地测量，相比于类似断丝法这种每发次实验最多只能得到5-7个测速点数据，该方法获得数据量至少可达几十上百个，从而使得测试效率得到提高，本发明中的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验方法中，利用太赫兹波对燃烧速度进行测量不仅有效的提高了测量精度，而且有效的提高了测量效率。

进一步的，在设有引燃剂的时候，所述引燃剂铺设于测试药柱的点火端面上。将所述引燃剂铺设在药柱的点火端面上，不仅能够有效的点燃药柱，而且能够使得药柱从端面开始燃烧，从而保障燃烧面是沿药柱轴线向下传播的。

进一步的，在所述步骤S3中，通过反射镜将点火激光的指示光从点火窗口竖直向下入射进点火窗口，调节指示光光斑位于窗口正中心。通过反射镜和指示光的共同作用下的预调节，使得点火激光能够调整到准确位置，以达到最佳点火效果。

进一步的，在所述步骤S3中，通过反射镜将测速太赫兹波的指示光从测速窗口竖直向上入射进测速窗口，调节指示光光斑位于窗口正中心。通过反射镜和指示光的共同作用下的预调节，使得太赫兹波的发射路径能够调整到准确位置，以达到最佳测量效果，减少人为误差。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）本发明中的高压密封燃烧装置和非接触式激光点火，能够有效的适应***燃烧气体产物的压力，气体产物压力实时测量单元能够收集并记录实时压力变化，所以本发明能够通过利用太赫兹波的多普勒效应，以测量波的干涉的方式，获取精准的燃烧速度。

（2）本发明中为了防止药柱端面火焰将药柱侧面引燃、保证燃烧面沿药柱轴线向下传播，需要对测试药柱进行封装处理。

（3）本发明中采用的太赫兹波多普勒干涉测速可对被测物体进行连续地测量，相比于类似断丝法这种每发次实验最多只能得到5-7个测速点数据，该方法获得数据量至少可达几十上百个，从而使得测试效率得到提高，本发明中的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验方法中，利用太赫兹波对燃烧速度进行测量不仅有效的提高了测量精度，而且有效的提高了测量效率；本发明不仅能够用于测试药柱的燃烧测速，还能够用于测量固体推进剂等固定含能材料的燃烧速率随反应压力变化关系。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实验装置结构布设图；

图2为本发明高压密闭燃烧实验装置结构示意图；

图3为本发明实验方法流程图；

图4为本发明具体实施方式压力信号幅度图；

图5为本发明具体实施方式燃烧速度幅度图；

图6为本发明具体实施方式燃烧速度-压力关系图；

本发明中涉及的附图标记所表示的是：1、盖板；2、筒体；3、底板；4、紧固螺栓；5、压力传感器安装孔；6、激光点火窗口；7、测速窗口；8、测试药柱；9、环氧树脂；10、套筒；11、引燃剂；12、装置空腔；13、点火窗口垫片；14、盖板密封环；15、测速窗口垫片；16、底板密封环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1~2所示，基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，包括高压密闭燃烧实验装置、测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元，所述测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元分别与所述高压密闭燃烧实验装置连接，其中，

高压密闭燃烧实验装置，所述高压密闭燃烧实验装置内固定有测试药柱8，所述测试药柱8在高压密闭燃烧实验装置内进行高压密闭燃烧实验；

点火单元，利用激光辐照对高压密闭燃烧实验装置内的测试药柱8进行非接触式点火；

测速单元，利用太赫兹波的多普勒效应对高压密闭燃烧实验装置中的测试药柱8进行燃烧测速；

气体产物压力实时测量单元，用于测量并记录高压密闭燃烧实验装置产生的压力数据变化。

在本实施例中所述点火单元为非接触式激光辐照点火单元；所述测速单元为太赫兹波多普勒干涉测速单元。

还包括同步机，所述测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元分别与同步机连接，所述点火单元包括激光器，所述激光器能够向所述高压密闭燃烧实验装置内发出激光辐照；所述气体产物压力实时测量单元包括压力传感器和示波器，所述压力传感器能够测量高压密闭燃烧实验装置内的压力变化，所述示波器能够接收压力传感器的信号并显示高压密闭燃烧实验装置内的压力波动。所述压力传感器安装孔能够连通压力传感器和装置空腔，从而使得压力传感器能够在不破坏密封装置主体的密封性的基础上达到检测内部压力变化的目的。

所述高压密闭燃烧实验装置包括密封装置主体，所述密封装置主体内设有装置空腔12，所述装置空腔12中设有定位组件，所述定位组件套设在所述测试药柱8外，在所述定位组件外设有引燃剂11，所述装置空腔12的上方设有激光点火窗口6，所述装置空腔12的下方设有测速窗口7，所述激光点火窗口6的位置与点火单元位置对应，所述测速窗口7与所述测速单元位置对应，在密封装置主体的侧面设有压力传感器安装孔5。

所述密封装置主体包括筒体2，在筒体2的上方设有盖板1，盖板1与筒体2可拆卸的固定连接，在筒体2的下方设有底板3，所述底板3与筒体2可拆卸的固定连接，所述激光点火窗口6位于筒体2的顶部，所述盖板1上设有激光孔，所述激光能够通过激光孔到达激光点火窗口6，所述底板3上设有太赫兹波孔，所述太赫兹波能够通过太赫兹波孔到达测速窗口7。

所述盖板1与筒体2之间设有盖板密封环14，在所述激光点火窗口6与盖板1或筒体2之间均设有点火窗口垫片13；所述底板3与筒体2之间设有底板密封环16，在所述测速窗口7与底板3或筒体2之间均设有测速窗口垫片15。

在本实施例中，高压密闭燃烧实验装置的金属材料为高强度钢（45#），筒体2壁厚25mm，装置空腔12尺寸为Φ30mm×60 mm。所述可拆卸的固定连接为螺栓连接，盖板1和底板3与筒体2之间通过12.9级的M16紧固螺栓4进行连接。盖板1与筒体2、底板3与筒体2之间分别采用盖板密封环14和底板密封环16进行密封，密封环材质为紫铜。在紧固螺栓4的作用下，密封环受压变形后形成密封实验腔体。

所述定位组件包括环氧树脂9，所述环氧树脂9套设于所述测试药柱8外，在所述环氧树脂9外套设有套筒10，所述套筒10、环氧树脂9和测试药柱8均与所述测速窗口7固定。所述封装***柱测试药柱8为尺寸为Φ20mm×40mm的PBX***柱。

所述点火窗口6为筒体2上方嵌入的蓝宝石玻璃，其目的是通过窗口实现非接触式点火激光，保证高压密闭燃烧实验装置高压密封性，其尺寸为Φ20mm×20mm，点火激光束从该窗口进入点燃测试药柱8表面。点火窗口6与盖板1、筒体2之间为点火窗口垫片13，主要起保护窗口和密封的作用。

所述测速窗口7为筒体2下方嵌入的蓝宝石玻璃，其目的是通过窗口实现至于腔体内部药柱的速度非接触实时测量，保证高压密闭燃烧实验装置高压密封性及样品不少外部干扰，其尺寸为Φ50mm×20mm，太赫兹波从该窗口进入并从药柱8底部穿透***，从而对燃烧面的运动速度进行测量。测速窗口7与底板3、筒体2之间为测速窗口垫片15，主要起保护窗口和密封的作用。

所述测速单元包括太赫兹波源、传输收集光路和正交探头，其中，

太赫兹波源，用于发射太赫兹波并聚焦后向高压密闭燃烧实验装置内照射；

传输收集光路，用于将太赫兹波源发出的太赫兹波传输到高压密闭燃烧实验装置，并收集高压密闭燃烧实验装置内燃烧界面传回的太赫兹波发送到正交探头；

正交探头，接收从所述高压密闭燃烧实验装置传回的太赫兹波，产生并输出正交IQ干涉信号，并由示波器记录。

在本实施例中，正交探头作为太赫兹波的接收器，能够有效的接收太赫兹波并用作燃烧测速的数据。

本实施例中的点火单元为激光辐照点火单元，所述激光辐照点火单元包含控制***、激光器主机和光束传输光缆。所述控制***用于设置点火激光束的功率、出光频率、出光时长，利用网线采用TCP/IP通信协议连接至激光器主机，控制软件将所有的设置指令发生给激光器，激光器主机得到点火指令后通过光束传输光缆出射高能激光；所述激光器主机包括外触发通道，用于同步机触发信号输入。所述气体产物压力实时测量单元包括高频压力传感器和示波器。示波器在获得同步机的触发指令后开始记录压力传感器获取的产物压力数据。本实施例中的控制***采用现有技术中能够进行大规模配置的控制***。

在本实施例中，针对PBX块状***，在密闭燃烧装置中采用激光辐照点火的方式，引燃药柱端面，使其在端面处形成热传导燃烧反应并沿药柱轴线向下传播。利用太赫兹波多普勒干涉测速技术和高频压力传感器，可采用型号为PCB-109C12的传感器，同步测量药柱燃烧面的退移速度以及密闭燃烧装置内气体产物的压力变化。***燃速测量与产物压力测量通过同步机进行时序同步，均以点火激光的出光时刻为零时刻。以测量到的燃速数据时刻为参照，通过插值法获得对应时刻的产物压力情况，最终得到***的燃速-压力关系。

本实施例中采用频率为0.21THz的太赫兹多普勒干涉测速***进行测试，则可估算出Δx≈0.08mm~0.1mm，即***燃烧界面每向前推进约0.1mm，即可获得对应的一个燃烧速度。因此，采用太赫兹多普勒干涉测速***可以得到更为密集的有效测速点。此外，通过曲线拟合等方法可以对干涉信号峰谷之间的时间差Δt进行较为精确的提取，因此可以实现较高的测速精度。

实施例2：

如图1~3所示，在实施例1的基础上，太赫兹波的***燃速非接触式测量实验方法，包括以下步骤：

S1：准备药柱，并将药柱封装固定到所述高压密闭燃烧实验装置内；

S2：组装高压密闭燃烧实验装置，并检查密封性；

S3：安装压力传感器；点火激光与点火单元对光，通过反射镜将点火激光的指示光从点火窗口竖直向下入射进点火窗口，调节指示光光斑位于窗口正中心；测速太赫兹波与测速单元对光，通过反射镜将测速太赫兹波的指示光从测速窗口7竖直向上入射进测速窗口7，调节指示光光斑位于窗口正中心；

S4：设置示波器及同步机；

S5：发出点火指令并记录各***测试数据。

在设有引燃剂11的时候，所述引燃剂11铺设于测试药柱8的点火端面上。

在本实施例中，采用同步机分别连接激光器、示波器和太赫兹波接收器的外触发通道，使非接触式激光辐照点火单元、气体产物实时测量单元和太赫兹波多普勒干涉测速单元能够同时被触发。激光器发出的点火激光通过反射镜从正上方入射至密闭燃烧装置，并通过点火窗口到达测试药柱上表面。压力传感器安装于高压密闭燃烧装置上，并通过信号线与示波器相连，其测量的产物压力信号由示波器记录保存。太赫兹波源发出的测速太赫兹波通过反射镜从正下方入射至密闭燃烧装置，并通过测速窗口、穿透药柱到达燃烧面。被燃烧面反射回来的波又通过光学组件由接收器记录下来。

如图4所示为测得的密闭燃烧下***气体产物压力随时间的增长信号；如图5所示为测得的气体产物压力增长过程中的***燃烧速度随时间的变化；将图4和图5对应时间关系，得到图6所示的燃烧压力-速度关系图，图6中横坐标表示气体产物压力，纵坐标表示***燃烧速度。结合图4和图5可知：***燃速非接触式测量实验装置信号质量很好，可以获得高精度的燃烧速度历史信号以及与之相对应的气体产物压力变化，证明本实施例的***燃速非接触式测量实验装置及方法具有测量精度高、单发实验数据丰富等特点。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，其特征在于，包括高压密闭燃烧实验装置、测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元，所述测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元分别与所述高压密闭燃烧实验装置连接，其中，

高压密闭燃烧实验装置，所述高压密闭燃烧实验装置内固定有测试药柱（8），所述测试药柱（8）在高压密闭燃烧实验装置内进行高压密闭燃烧实验；

点火单元，利用激光辐照对高压密闭燃烧实验装置内的测试药柱（8）进行非接触式点火；

测速单元，利用太赫兹波的多普勒效应对高压密闭燃烧实验装置中的测试药柱（8）进行燃烧测速；

气体产物压力实时测量单元，用于测量并记录高压密闭燃烧实验装置产生的压力数据变化。

2.根据权利要求1所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，其特征在于，所述高压密闭燃烧实验装置包括密封装置主体，所述密封装置主体内设有装置空腔（12），所述装置空腔（12）中设有定位组件，所述定位组件套设在所述测试药柱（8）外，在所述定位组件外设有引燃剂（11），所述装置空腔（12）的上方设有激光点火窗口（6），所述装置空腔（12）的下方设有测速窗口（7），所述激光点火窗口（6）的位置与点火单元位置对应，所述测速窗口（7）与所述测速单元位置对应，在密封装置主体的侧面设有压力传感器安装孔（5）。

3.根据权利要求2所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，其特征在于，所述密封装置主体包括筒体（2），在筒体（2）的上方设有盖板（1），盖板（1）与筒体（2）可拆卸的固定连接，在筒体（2）的下方设有底板（3），所述底板（3）与筒体（2）可拆卸的固定连接，所述激光点火窗口（6）位于筒体（2）的顶部，所述盖板（1）上设有激光孔，所述激光能够通过激光孔到达激光点火窗口（6），所述底板（3）上设有太赫兹波孔，所述太赫兹波能够通过太赫兹波孔到达测速窗口（7）。

4.根据权利要求3所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，其特征在于，所述盖板（1）与筒体（2）之间设有盖板密封环（14），在所述激光点火窗口（6）与盖板（1）或筒体（2）之间均设有点火窗口垫片（13）；所述底板（3）与筒体（2）之间设有底板密封环（16），在所述测速窗口（7）与底板（3）或筒体（2）之间均设有测速窗口垫片（15）。

5.根据权利要求2所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，其特征在于，所述定位组件包括环氧树脂（9），所述环氧树脂（9）套设于所述测试药柱（8）外，在所述环氧树脂（9）外套设有套筒（10），所述套筒（10）、环氧树脂（9）和测试药柱（8）均与所述测速窗口（7）固定。

6.根据权利要求1所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，其特征在于，所述测速单元包括太赫兹波源、传输收集光路和正交探头，其中，

太赫兹波源，用于发射太赫兹波并聚焦后向高压密闭燃烧实验装置内照射；

传输收集光路，用于将太赫兹波源发出的太赫兹波传输到高压密闭燃烧实验装置，并收集高压密闭燃烧实验装置内燃烧界面传回的太赫兹波发送到正交探头；

正交探头，接收从所述高压密闭燃烧实验装置传回的太赫兹波，产生并输出正交IQ干涉信号，并由示波器记录。

7.根据权利要求1所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置，其特征在于，还包括同步机，所述测速单元、点火单元和气体产物压力实时测量单元分别与同步机连接，所述点火单元包括激光器，所述激光器能够向所述高压密闭燃烧实验装置内发出激光辐照；所述气体产物压力实时测量单元包括压力传感器和示波器，所述压力传感器能够测量高压密闭燃烧实验装置内的压力变化，所述示波器能够接收压力传感器的信号并显示高压密闭燃烧实验装置内的压力波动。

8.采用权利要求1~7任一所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：准备药柱，并将药柱封装固定到所述高压密闭燃烧实验装置内；

S2：组装高压密闭燃烧实验装置，并检查密封性；

S3：安装压力传感器；点火激光与点火单元对光；测速太赫兹波与测速单元对光；

S4：设置示波器及同步机；

S5：发出点火指令并记录各***测试数据。

9.根据权利要求8所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验方法，其特征在于，在设有引燃剂（11）的时候，所述引燃剂（11）铺设于测试药柱（8）的点火端面上。

10.根据权利要求8所述的基于太赫兹波的***燃速非接触式测量实验方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过反射镜将点火激光的指示光从点火窗口竖直向下入射进点火窗口，调节指示光光斑位于窗口正中心；通过反射镜将测速太赫兹波的指示光从测速窗口（7）竖直向上入射进测速窗口（7），调节指示光光斑位于窗口正中心。

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