基于闪光光谱的侵彻过程光学观察窗口分析

摘要：

可见光高速摄影是研究弹丸侵彻过程的重要方式,然而弹丸侵彻过程中发出的强烈闪光会导致高速摄影丢失诸如着靶、侵入等时刻的关键画面.因此,分析侵彻光谱发生机理、选取合适的侵彻过程光学观察窗口尤为重要.针对400 mm直径高强度钢卵形弹以804 m·s-1侵彻20 cm厚度45#钢靶的实验,设计了光谱瞄准采集设备.利用多模光纤耦合物镜在距离靶板25 m处采集了侵彻全过程积分光谱,采集区覆盖靶板直径431 mm.对侵彻靶板破片中可能存留的弹头熔融物质以及弹托其他样品进行LIBS(laser induced breakdown spectroscopy)分析,并与侵彻积分光谱成分对比分析.研究表明,侵彻光谱与高速碰撞闪光光谱发生机理相同,均包含连续光谱与线光谱.615～700 nm区间内的平稳积分连续光谱由两部分组成:(a)弹靶少量金属元素和O Ⅰ、O Ⅱ发射光谱的展宽积分;(b)少量热辐射光谱积分.侵彻热辐射主要源于剪切应变做功和摩擦做功,然而侵彻光谱中的热辐射强度明显低于高速碰撞光谱,这是弹丸在剪切冲塞、侵彻后大部分动能得以保留造成的;侵彻过程可见光光谱具有明显原子发射谱线,主要来自于金属原子及其一级电离的发射光谱.干扰最强的可见光成分来源于588.88～589.53和766.41～766.43 nm的Fe Ⅰ等离子体线光谱,且由于斯塔克展宽效应,线光谱呈洛伦兹线型,其FWHM(full width at half maximum)可达27 nm.因此,在野外环境侵彻实验中,当Fe为弹靶主要成分时,380～450 nm为可见光高速摄影的最佳观察窗口,可以避免侵彻发光干扰,实现对侵彻全过程拍摄.考虑到大气对该波段的散射影响,应保证高速摄影设备的光通量.

关键词：侵彻、发射光谱、光学观察窗口、LIBS

所属期刊栏目：43

分类号：O433.4(光学)

资助基金：国家自然科学基金;山西省回国留学基金项目;山西省回国留学基金项目;山西省自然科学基金

在线出版日期：2023-04-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：718-723