[发明专利]激光空化射流力冲击作用的检测方法及装置

摘要

本发明提供了一种激光空化射流力冲击作用的检测方法及装置，采用一端通过等强度悬臂梁固定于水槽侧壁的金属薄板作为靶材，水槽中液体液面与所述金属薄板的下表面接触；通过位于金属薄板上方的电涡流位移传感器检测金属薄板与传感器之间的间距变化引起的电压变化，得到金属薄板产生的形变，根据材料的弹性形变形以及所述金属薄板的应力，计算出激光空化射流力的冲击作用。本发明将金属薄板贴于水槽的液面，当金属薄板受到空泡空化的水下射流力作用发生变形离开水面时，不受水的阻力影响；激光空泡又消除了液面张力的影响，能准确地反映激光对靶材的作用力；电涡流位移传感器灵敏度高、响应快、简单易实现、测量准确的特点，实现了无接触测量。

主权项

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。