4-75  冲击作用下快响应光纤探针研究

王荣波  吴廷烈  田建华  何莉华  王贵朝

随着精密物理实验的发展，对测试工作的精度要求越来越高。传统的电子学探针难以满足当信号处于长距离传输、强电磁环境中以及直接测量非金属材料参数的等情况时的测量精度要求。光纤探针作为一种光纤传感器，它的优势在于进出敏感区的信号与电没有任何联系，具有抗电磁干扰、电绝缘、消除了与地面隔离的问题等优点；同时用光纤传输，尺寸小重量轻、灵敏度高。

为此开发了一种石英光纤探针技术，该技术是利用融凝石英在受到冲击压缩时会产生很高的冲击温度同时产生光辐射这一特性作为信号产生机理。当飞片或冲击波到达探针端面时，由于冲击压力的作用石英光纤会产生光辐射。通过检测这种光辐射就可以获得飞片或冲击波的到达时间。光纤探针的结构小巧，它由一根石英光纤和一根金属套管构成，光纤的端面经过光学加工并镀有100 ~150 nm金属膜。为了考察光纤探针的动态响应特性，设计了三种不同的实验，光纤探针测量特屈儿传爆药柱爆轰波波形实验、化爆加载飞片速度测量实验和气炮加载下冲击波速度测量实验。

实验成功的测得了特屈儿传爆药柱在两条不同直径上的爆轰波波形、高速飞片的速度和冲击波的速度。实验的冲击压力分别为30，50 GPa和70 GPa。实验得到的信号的响应时间（为10%~90%信号上升时间）均在2.5 ns以下，并且有很多亚纳秒的信号。图1给出了一幅典型的石英光纤探针信号波形图，该信号的响应时间为0.98 ns，幅度为-1.9 V。从用3种不同的加载方式进行的实验取得的结果来看，光纤探针技术是一种在冲击载荷下可靠性高、响应快的测试技术，该技术为爆轰物理和冲击波物理研究提供了一种可靠的、不受电磁干扰的、高时间分辨率的测试手段。