(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210895819.3 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 吴坚　吴清潮　周颖　蔡金　 李兴文　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 李鹏威 (51)Int.Cl. G01N 25/54(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于激光诱导的含能材料爆炸参数测 量系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于激光诱导的含能材 料爆炸参数测量系统及方法， 包括激光烧蚀模 块、 冲击波阴影成像模块、 等离子体成像模块、 光 谱采集模块、 控制监测模块和数据分析模块； 基 于多微爆参数计算含能材料爆炸参数的技术方 法实现对输入信息进行参数化， 可基于多微爆参 数和已知爆炸参数， 建立/修正多元线性回归模 型， 也可基于建立好的多元线性回归模型和多参 数计算材料爆炸参数； 通过上述诊断系统获取的 含能材料样品冲击波信息、 等离子体信息、 光谱 信息及激光能量信息输入计算机， 经过上述技术 方法分析计算得到含能材料爆炸参数。 本发明可 以实现对 含能材料爆炸参数的快速测量。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115236132 A 2022.10.25 CN 115236132 A 1.一种基于 激光诱导的含能材 料爆炸参数测量系统， 其特 征在于， 包括： 激光烧蚀模块， 所述激光烧蚀模块用于向含能材料样品(14)发射烧蚀激光束(29)对其 进行烧蚀， 形成微爆反应区域(15)； 冲击波阴影成像模块， 所述冲击波阴影成像模块用于向微爆反应区域(15)发射诊断激 光束(24)， 经过微爆反应区域(15)的诊断激光束(24)转换为电信号输送至数据分析模块 中； 等离子体成像模块， 所述等离子体成像模块用于收集微爆反应区域(15)发出的等离子 体成像光束(18)， 并将等离 子体图像数据输送至数据分析模块中； 光谱采集模块， 所述光谱采集模块用于收集微爆反应区域(15)中发出的光谱收集光束 (13)， 并将光谱数据输送至数据分析模块中； 控制检测模块， 所述控制检测模块用于监控烧蚀脉冲激光的输出信号以及用于测激光 能量； 数据分析模块， 所述数据分析模块用于对收集到的数据进行分析处理， 得到含能材料 的爆容、 爆压、 爆速、 爆热及爆温参数。 2.根据权利要求1所述的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量系统， 其特征在于， 所 述激光烧蚀模块包括烧蚀纳秒脉冲激光器(31)， 烧蚀纳秒脉冲激光器(31)发出的烧蚀激光 束(29)的光路上依次设置第一分光镜(26)、 第一激光衰减器(25)、 第二分光镜(21)以及第 一平凸透镜(16)， 所述烧蚀激光束(29)经过第一平凸透镜(16)后聚焦在含能材料样品(14) 上。 3.根据权利要求2所述的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量系统， 其特征在于， 所 述冲击波阴影成像模块包括诊断纳秒脉冲激光器(28)， 诊断纳秒脉冲激光器(28)发出的诊 断激光束(24)的光路上依次设置第二激光衰减器(22)、 激光扩束镜(19)、 二向色镜(17)、 第 一反射镜(9)、 第三分光镜(5)、 第二平凸透镜(4)以及CCD相机(3)； 诊断激光束(24)经二向 色镜(17)反射后通过微爆反应区域(15)， 再经第一反射镜(9)反射至第三分光镜(5)； CCD相 机(3)相机的输出端连接数据分析模块。 4.根据权利要求3所述的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量系统， 其特征在于， 所 述等离子体成像模块包括ICCD相机(27)， 所述微爆反应区域(15)发出的等离子体成像光束 (18)经二向色镜(17)投射后， 由第二反射镜(20)反射至第三平凸透镜(23)， 经第三平凸透 镜(23)聚焦至IC CD相机(27)， IC CD相机(27)的输出端连接数据分析模块。 5.根据权利要求4所述的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量系统， 其特征在于， 所 述光谱采集模块包括多通道光谱仪(8)， 所述微爆反应区域(15)发出的光谱收集光束(13) 经第四平凸透镜(12)聚焦至一分多光纤(11)， 一分多光纤(11)的输出端 连接多通道 光谱仪 (8)， 多通道光谱仪(8)的输出端连接数据分析模块。 6.根据权利要求5所述的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量系统， 其特征在于， 所 述控制检测模块包括数字延时发生器(30)、 示波器(2)以及激光能量计(10)； 数字延时发生 器(30)的输出端分别连接多通道 光谱仪(8)、 烧蚀纳秒脉冲激光器(31)、 诊断纳秒脉冲激光 器(28)以及ICCD相机(27)； 多通道光谱仪(8)和ICCD相机(27)分别与示波器(2)相连； 示波 器(2)的输入端上分别连接第一 光电二极管(7)和第二 光电二极管(6)； 所述第一光电二极管(7)设置于第一分光镜(26)的反射光路上， 用于监控烧蚀脉冲激权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115236132 A 2光的输出信号； 所述第二光电二极管(6)设置于第三分光镜(5)的反射光路上， 用于监控诊 断脉冲激光的输出信号。 7.根据权利要求2或6所述的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量系统， 其特征在 于， 所述第一分光镜(26)和第二分光镜(21)均 与烧蚀激光束(2 9)的光轴成45 °夹角； 所述二向色镜(17)、 第一反射镜(9)和第三分光镜(5)均与诊断激光束(24)的光轴成 45°夹角。 8.根据权利要求1 ‑6任一项所述的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量系统， 其特 征在于， 所述数据分析模块包括计算机(1)， 所述计算机(1)内置基于激光诱导的含 能材料 爆炸参数测量方法的计算机程序。 9.一种采用权利要求1 ‑8任一项所述系统的基于激光诱导的含能材料爆炸参数测量方 法， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 对冲击波图像进行灰度化处理， 再利用大小为n ×n、 标准差为s的高斯滤波器对 冲击波图像进行滤波， 然后经梯度阈值为Th1的Canny边缘检测得到冲击波边缘， 最后提取 出冲击波边 缘最远距离x1； 步骤2， 以最大强度的k倍作为判定标准划分等离子体区域， 划分区域后的图像经大小 为n×n、 标准差为s的高斯滤波器滤波， 然后经梯度阈值为Th2的Canny边缘检测得到等离子 体前沿， 最后提取 出等离子体前沿最远距离x2； 步骤3， 将光谱文件在波长为λC、 λH、 λO、 λN、 λCN的位置附近寻峰， 分别获取C、 H、 O、 N、 CN谱 峰强度IC、 IH、 IO、 IN、 ICN； 步骤4， 将激光能量计监测到的激光能量E0直接作为输入参数； 步骤5， 将诊断信息参数化后的x1、 x2、 IC、 IH、 IO、 IN、 ICN、 E0共8个参数进行 预处理； 若输入参数用于建立或修正模型， 则需再输入一个已知的所试样品宏观爆炸参数， 然 后将9个参数用于建立和修 正多元定标模型； 若输入参数用于测定所试样品的爆炸参数， 则基于输入的多元参数， 由多元线性回归 模型得到所试样品的爆容、 爆压、 爆速、 爆热及爆温。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115236132 A 3