[发明专利]激光空化射流力冲击作用的检测方法及装置

权利要求书

1.激光空化射流力冲击作用的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用一端固定于水槽（7）侧壁的等强度悬臂梁金属薄板（8）作为靶材，水槽（7）中充入液体（15），使液面与所述金属薄板（8）的下表面接触，调节位于所述金属薄板（8）上方的电涡流位移传感器探头（9）与所述金属薄板（8）的初始间隙；

（2）激光器（1）发出的激光，光路调制及传输系统的分光镜（2）反射部分激光至PIN光电二极管（12），经PIN光电二极管（12）转化为电信号、并传输至示波器（11）作为采集数据的同步触发信号；透过分光镜（2）的一部分激光经衰减片组（3）调节作用于所述金属薄板（8）的激光能量、而不改变其空间分布，然后用反射镜（4）改变激光光束的方向，最后由凹透镜（5）和凸透镜（6）对激光扩束并垂直聚焦于所述金属薄板（8）的下表面上，所述金属薄板（8）受到空泡空化的射流冲击力作用，发生变形、离开水面；

（3）位于所述金属薄板（8）上方的电涡流位移传感器探头（9），检测所述金属薄板（8）与探头（9）之间的间距变化引起的电压变化，得到所述金属薄板（8）产生的形变：l=U/S，根据材料的弹性形变形公ε=σ/E，以及所述金属薄板（8）的应力σ=M/W，计算出激光空化射流力的冲击作用P=UEW/SL，

其中，为金属悬臂梁薄板受应力冲击作用产生的应变，U为电涡流位移传感器输出的电压，S为电涡流位移传感器的平均灵敏度，ε为所述金属薄板（8）所受的应变，σ为所述金属薄板（8）所受的应力，E为所述金属薄板（8）的材料弹性模量，M为被测点的力矩，M=PL，P为所述金属薄板（8）受到的冲击力，L为力的作用点到固定点的距离，W为抗弯截面系数，W=b h²/6，b为所述金属薄板（8）的宽度，h为所述金属薄板（8）的厚度。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，将所述金属薄板（8）受激光冲击作用前的位置定义为空间“零”位置。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述激光器（1）输出的激光为脉冲激光，所述脉冲激光的参数为：单脉冲能量在0.1～1焦耳、脉冲时间为10纳秒、频率为1～10赫兹、波长为1064纳米。

4.激光空化射流力冲击作用的检测装置，其特征在于，包括激光器（1）、光路调制及传输系统、水槽（7）、等强度悬臂梁金属薄板（8）、电涡流位移传感器、示波器（11）、PIN光电二极管（12），所述光路调制及传输系统构成所述激光器（1）的光路，包括分光镜（2）、衰减片组（3）、反射镜（4）、光学扩束聚焦系统；PIN光电二极管（12）位于能够接收到所述反光镜发射的激光信号的位置；所述水槽（7）底面上设有玻璃窗（14），所述金属薄板（8）的等强度悬臂梁固定在水槽（7）的侧壁上，水槽（7）内装有液体（15），液体（15）的液面与所述金属薄板（8）下表面接触；电涡流位移传感器的探头（9）置于所述金属薄板（8）上方；所述PIN光电二极管（12）的输出端、电涡流位移传感器的信号处理系统（10）均与示波器（11）连接。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述金属薄板（8）是厚度为0.2～0.15mm、宽度为3mm的不锈钢板。

6.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述电涡流传感器的探头（9）位于所述金属薄板（8）上方1～2mm处。

7.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述光学扩束聚焦系统由焦距为50nm的凹透镜（5）和焦距为150nm的凸透镜（6）组成。