本发明专利技术涉及一种含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统，属于含能材料时空相关气体产物检测领域。该系统将脉冲激光作用于含能材料并诱导产生气体，通过激光诱导击穿光谱技术快速获取时空相关气体产物的光谱，实现对含能材料气体产物的快速检测。该系统还将激光诱导击穿光谱技术、气体传感模块和可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术结合在一起，对气体产物进行交互检测。本发明专利技术可实现不同真空度和不同气体环境下的研究，实现对含能材料时空相关气体产物的快速分析，对含能材料的性能评估具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统
[0001]本专利技术涉及一种含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统，属于含能材料时空相关气体产物检测领域。
技术介绍
[0002]含能材料的热分解和燃烧过程气相产物组成及凝聚相产物分析，是研究燃烧机理以及建立燃烧模型的基础，只有提供大量的气相和凝聚相动力学，才能给出清楚明确的燃烧机理，合理评估燃烧性能。
[0003]气态爆轰产物的测定，尤其是气态爆轰产物生成顺序的测定可以有效的提高爆热与爆容，爆压与爆速以及爆温的计算精度。目前，气态爆轰产物的精确测定十分困难，而爆轰产物顺序的测定更加困难。利用激光诱导击穿光谱等相关光谱技术可以有效的测得气态爆轰产物的生成顺序等动态过程，并且该方法安全可靠，快速准确，对含能材料的性能评估具有重要意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决现有高性能含能材料气态爆轰产物及其产生顺序测定比较困难，导致爆热与爆容，爆压与爆速以及爆温的计算精度不高等问题，提出了一种基于激光诱导击穿光谱技术的具有时间分辨和空间相关的气态爆轰产物快速检测光谱系统。本专利技术通过TDLAS模块和气体电化学传感器模块与激光诱导击穿光谱模块交互检测，提高检测的准确性和精度。
[0005]本专利技术方法是通过下述技术方案实现的。
[0006]含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统，包括：密闭气室、三维自动调节样品台、纳秒脉冲激光器、延时触发器、光谱仪、TDLAS模块、气体传感器模块、真空管、分子泵、真空阀、气压表、激光反射镜、熔融石英会聚透镜、熔融石英窗口、二向色镜、真空放气阀、出气管、进气管、颗粒吸附装置。
[0007]其中，所述纳秒脉冲激光器，第一台用于烧蚀样品产生气体产物，第二台激发气体产物产生等离子体。
[0008]所述采集光谱仪，用于激光诱导气体产物的等离子体光谱分析。
[0009]所述延时触发器，用于控制两台脉冲激光器之间以及脉冲激光器和光谱仪的延时时间，实现时间分辨的气体产物光谱采集。
[0010]所述TDLAS模块，用于探测气体产物的成分和浓度。
[0011]所述气体电化学传感器模块，用于探测气体的成分和浓度。
[0012]所述密闭气室，可放置电动三维样品台，提供真空和不同的气体测试环境。密闭气室的各个面均有法兰接口，各个面均可根据需要设置激光窗口和石英观察窗口。
[0013]所述三维电动位移平台，用于放置样品实现样品的三维位移。
[0014]所述分子泵，用于将系统抽真空，实现真空的测试环境。
[0015]所述会聚透镜，用于将脉冲激光器发出的激光聚焦在样品上，使样品诱导产生等离子体。
[0016]所述石英窗口，用于观察密闭气室里的情况，并可通过石英窗口收集等离子体谱线。
[0017]所述二向色镜，用于透过1064nm激光，反射紫外波段的光谱。
[0018]所述气体压力表，用于监测系统的压强与真空度。
[0019]所述真空放气阀，用于密闭气室，使气室与外界达到相同气压。
[0020]所述真空管用于系统在抽真空时传输气体。
[0021]上述组成部件之间的连接关系为：
[0022]两台脉冲激光器和光谱仪分别连接延时触发器，由延时触发器控制激光器与光谱仪的延时时间。
[0023]各个面的观察窗口与密闭气室相连。
[0024]分子泵通过真空管与真空放气阀、真空阀、气体压力表和密闭气室分别相连。
[0025]电动三维位移台放置在密闭气室中，与程序控制和显示系统相连。
[0026]颗粒吸附装置放置在密闭气室中，与程序控制和显示系统相连。
[0027]气体传感器模块通过真空管与密闭气室相连。
[0028]TDLAS模块与密闭气室和程序控制和显示系统相连。
[0029]使用所述系统进行检测分析的方法如下：
[0030]第一步：将密闭气室打开，样品放置在电动三维位移台上，关闭密闭气室。
[0031]第二步：打开分子泵，抽出密闭气室中的空气。
[0032]第三步：观察气体压力表，达到需要的真空度时，关闭分子泵和真空阀，使系统保持当前真空度。
[0033]第四步：使两台纳秒脉冲激光器、光谱仪、延时触发器以及TDLAS系统均处于待机状态。
[0034]第五步：开启延时触发器根据检测需要设置两脉冲激光器的延时时间，控制光谱仪在不同延迟下采集光谱。
[0035]第六步：开启纳秒脉冲激光器烧蚀样品，使样品分解出气体产物，另一台纳秒脉冲激光器诱导气体产物产生等离子体，通过光谱收集系统采集气体产物谱线。
[0036]第七步：根据检测需要，通过三维位移台调整样品的位置，进而采集不同空间位置的谱线。
[0037]第八步：在进行第六步和第七步同时，开启TDLAS系统和气体传感器系统，与激光诱导击穿光谱系统交互检测。
[0038]第九步：使用数据处理系统对数据进行处理分析。
[0039]自此，实现了对激光诱导含能材料气体产物的时空特性分析。
[0040]有益效果
[0041]1、本专利技术系统，集成激光诱导击穿光谱技术，气体传感器和TDLAS技术交互检测气体产物。采用真空法兰作为装置组件，能够实现不同真空度和不同气体环境下气体产物的研究，同时增加了实验装置的可组装特性，可以根据具体的实验需求增加检测模块，应用型更加广泛。
[0042]2、本专利技术系统，利用激光诱导击穿光谱技术实时快速分析具有时间和空间特性的气体产物，并可进一步定量分析气体产物，为含能材料的研究提供一种简单易行，安全可靠的新方法。
附图说明
[0043]图1是含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统的示意图。
具体实施方式
[0044]下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0045]含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统，其特征在于该系统包括：密闭气室(1)、三维自动调节样品台(2)、第一台纳秒脉冲激光器(3)、延时触发器(4)、第二台纳秒脉冲激光器(5)、光谱仪(6)、TDLAS模块(7)、气体传感器模块(8)、真空管(9)、分子泵(10)、真空阀(11)、气压表(12)、第一个激光反射镜(13)、第一个熔融石英会聚透镜(14)、第一个熔融石英窗口(15)、第二个熔融石英窗口(16)、第二个熔融石英会聚透镜(17)、二向色镜(18)、第三个熔融石英会聚透镜(19)、第三个熔融石英窗口(20)、第四个熔融石英窗口(21)、真空放气阀(22)、出气管(23)、进气管(24)、颗粒吸附装置(25)。
[0046]连接关系为：密闭气室1(本实施例中，其体积为300mm
×
300mm
×
400mm)的顶部装有激光石英窗口15，会聚透镜14位于激光石英窗口15的正上方，样品放置在电动三维平移样品台2之上。密闭气室1连接两个检测腔室，检测腔室由真空法兰组成，可根据需求本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统，其特征在于该系统包括：密闭气室(1)、三维自动调节样品台(2)、第一台纳秒脉冲激光器(3)、延时触发器(4)、第二台纳秒脉冲激光器(5)、光谱仪(6)、TDLAS模块(7)、气体传感器模块(8)、真空管(9)、分子泵(10)、真空阀(11)、气压表(12)、第一个激光反射镜(13)、第一个熔融石英会聚透镜(14)、第一个熔融石英窗口(15)、第二个熔融石英窗口(16)、第二个熔融石英会聚透镜(17)、二向色镜(18)、第三个熔融石英会聚透镜(19)、第三个熔融石英窗口(20)、第四个熔融石英窗口(21)、真空放气阀(22)、出气管(23)、进气管(24)、颗粒吸附装置(25)；通过智能算法建立光谱与气体参数之间的模型，实现气体产物的定量分析。利用分子泵将密闭气室抽真空，观察气压表使密闭气室真空度到所需真空度，然后第一台纳秒脉冲激光器经过会聚透镜聚焦后烧蚀含能材料样品，进而生成气体产物，第二台纳秒脉冲激光器经会聚透镜聚焦后诱导出气体产物等离子体，通过同光路系统使光谱仪采集气体产物的谱线，通过延时触发器调节两束脉冲激光的间隔时间，采集具有时序的气体产物谱线；在Z方向调节样品台，在距离样品Z的正方向1mm、2mm、3mm、4mm、5mm处的x
‑
y平面分别采集气体产物的谱线，得到具有空间分布的光谱。若在1个大气压环境采集气体产物谱线，需要首先采集空气的谱线作为背景光谱，通过在真空环境以及空气环境下建立的模型，定量分析气体产物。2.如权利要求1所述的含能材料时空相关气体产物快速检测光谱系统，其特征在于：第一台纳秒脉冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞斌，张新宇，殷允嵩，李安，王宪双，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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