Регистратор давления и скорости ударной волны
PRESSURE REGISTRATOR AND SPEED OF SHOCK WAVE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения давления на фронте ударной волны, импульса ударной волны, скорости движения фронта ударной волны, зависимости изменения скорости движения ударной волны от расстояния до источника ее возникновения.
Известен автономный измеритель давления, содержащий информационный (пьезоэлектрический) датчик давления и блок измерения, который состоит из аналого-цифрового преобразователя, блока памяти, элемента записи номера блока, причем выход пьезоэлектрического датчика соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, цифровой выход которого соединен с цифровым входом блока памяти, цифровой выход которого является выходом автономного измерителя давления [Автономный измеритель давления. АИДА-М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации].
Недостатками данного автономного измерителя давления является недостаточная информативность из-за отсутствия возможности измерения профиля ударной волны на заданной поверхности, отсутствие возможности неконтактного съема показаний, а также недостаточная функциональность из-за невозможности определения скорости движения ударной волны.
Наиболее близким к изобретению является автономный измеритель давления, содержащий информационный датчик и блок измерения, который содержит аналого-цифровой преобразователь и блок памяти, при этом информационный датчик содержит n датчиков избыточного давления, аналого-цифровой преобразователь является n-канальным, n программируемых усилителей заряда, блок измерения содержит микроЭВМ, задатчик эталонных напряжений, блок параметров окружающей среды и текущего времени, блок контроля, супервизор, радиотрансивер и com-порт, при этом группа выходов n датчиков избыточного давления через программируемые усилители заряда соединена с первой группой n входов аналого-цифрового преобразователя, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ, первый выход которой соединен с входом блока памяти, а второй выход - с входом радиотрансивера, первый выход блока контроля соединен со вторыми входами n программируемых усилителей заряда, а второй выход - с входом задатчика эталонных напряжений, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход супервизора соединен со вторым входом микроЭВМ, выход блока памяти соединен с третьим входом микроЭВМ, выход блока параметров окружающей среды и текущего времени соединен с четвертым входом микроЭВМ, вход com-порта связан с микроЭВМ с возможностью считывания информации о результатах экспериментов при возникновении необходимости или отказе радиотрансивера, а его выход является вторым выходом блока измерений, выход радиотрансивера является первым выходом блока измерений [Мужичек С.М., Яковлев А.А., Ефанов В.В. Патент РФ на изобретение №2367919, 2009].
Недостатками данного автономного измерителя давления является недостаточная функциональность из-за невозможности определения скорости движения фронта ударной волны, а также зависимости изменения скорости движения ударной волны от расстояния до источника ее возникновения.
Технической задачей изобретения является расширение функциональности измерителя давления за счет дополнительного определения скорости движения ударной волны, а также определения зависимости изменения скорости движения ударной волны от расстояния до источника ее возникновения, что позволяет повысить информативность, точность и удобство эксплуатации автономного измерителя давления.
Решение технической задачи достигается тем, что в регистраторе давления и скорости ударной волны, содержащем информационный датчик и блок измерения, который состоит из аналого-цифрового преобразователя и блока памяти, n программируемых усилителей заряда, микроЭВМ, задатчика эталонных напряжений, блока параметров окружающей среды и текущего времени, блока контроля, супервизора, радиотрансивера, при этом информационный датчик состоит из n датчиков избыточного давления, аналого-цифровой преобразователь является n-канальным, группа выходов n датчиков избыточного давления через n программируемые усилители заряда соединены с первой группой n входов аналого-цифрового преобразователя, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ, первый выход которой соединен с входом блока памяти, а второй выход - с входом радиотрансивера, первый выход блока контроля соединен со вторыми входами n программируемых усилителей заряда, а второй выход - с входом задатчика эталонных напряжений, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход супервизора соединен со вторым входом микроЭВМ, выход блока памяти соединен с третьим входом микроЭВМ, выход блока параметров окружающей среды и текущего времени соединен с четвертым входом микроЭВМ, вход com-порта связан с пятым входом микроЭВМ, а его выход является вторым выходом блока измерений, выход радиотрансивера является первым выходом блока измерений, дополнительно введены приемопередатчик, персональная ЭВМ, n датчиков давления (n≥4) информационного датчика размещены перпендикулярно направлению движения фронта ударной волны на равных расстояниях R друг от друга, вход приемопередатчика соединен с первым выходом блока измерений, выход приемопередатчика соединен с входом персональной ЭВМ.
Новыми элементами, обладающими существенными отличиями по устройству являются: приемопередатчик, персональная ЭВМ, n датчиков давления (n≥4) информационного датчика размещены перпендикулярно направлению движения фронта ударной волны на равных расстояниях R друг от друга, вход приемопередатчика соединен с первым выходом блока измерений, выход приемопередатчика соединен с входом персональной ЭВМ, а также связи между известными и новыми элементами устройства.
На фигуре 1 приведена функциональная схема регистратора давления и скорости ударной волны.
Регистратор давления и скорости ударной волны содержит n датчиков 1 избыточного давления размещенных перпендикулярно направлению движения фронта ударной волны на равных расстояниях R друг от друга, n программируемых усилителей 2 заряда и блок 3 измерения, который состоит из n-канального аналого-цифрового преобразователя 4, блока 8 памяти, микроЭВМ 5, задатчика 6 эталонных напряжений, блока 7 параметров окружающей среды и текущего времени, блока 11 контроля, супервизора 10, радиотрансивера 9, com-порта 12, приемопередатчика 13, персональной ЭВМ 14, при этом группа выходов n датчиков 1 избыточного давления через n программируемых усилителей 2 заряда соединены с первой группой n входов аналого-цифрового преобразователя 4, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ 5, первый выход которой соединен с входом блока 8 памяти, а второй выход - с входом радиотрансивера 9, первый выход блока 11 контроля соединен со вторыми входами n программируемых усилителей 2 заряда, а второй выход - с входом задатчика 6 эталонных напряжений, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 4, выход супервизора 10 соединен со вторым входом микроЭВМ 5, выход блока 8 памяти соединен с третьим входом микроЭВМ 5, выход блока 7 параметров окружающей среды и текущего времени, соединен с четвертым входом микроЭВМ 5, вход com-порта 12 связан с выходом микроЭВМ 5, а его выход является вторым выходом блока 3 измерений, выход радиотрансивера 9 является первым выходом блока измерений, вход приемопередатчика 13 соединен с первым выходом блока измерений, выход приемопередатчика 13 соединен с входом персональной ЭВМ 14. Регистратор давления и скорости ударной волны работает следующим образом.
При включении регистратора происходит контроль питающих напряжений с помощью блока 11 контроля, тестирование внутренних узлов микроЭВМ 5, контроль работоспособности блока памяти 8 и радиотрансивера 9.
Во время проведения измерений параметров ударно-волнового поля происходит воздействие ударной волны на n пьезоэлектрических датчиков 1 размещенных перпендикулярно направлению движения фронта ударной волны на равных расстояниях R друг от друга, сигналы с выходов которых усиливаются n программируемыми усилителями 2 заряда и поступают на первые входы синхронного n-канального аналого-цифрового преобразователя 4, где из аналоговой формы преобразуются в цифровую. С выхода синхронного n-канального аналого-цифрового преобразователя 4 сигналы поступают на вход микроЭВМ 5. С учетом того, что n-канальный аналого-цифровой преобразователь 4 является синхронным, то появление сигнала на одном из n пьезоэлектрических датчиков 1 приводит к фиксации этого момента микроЭВМ 5. Затем с некоторой задержкой во времени приходят сигналы с других датчиков, моменты появления которых также фиксируются микроЭВМ 5.
Обработка сигналов с n пьезоэлектрических датчиков 1, размещенных перпендикулярно направлению движения фронта ударной волны на равных расстояниях R друг от друга, поступающих через n-канальный аналого-цифровой преобразователь 4 на вход микроЭВМ 5.
МикроЭВМ 5 является основным функциональным узлом прибора, осуществляющим регистрацию результатов экспериментов.
Результаты экспериментов записываются в блок 8 памяти и поступают на вход радиотрансивера 9.
С выхода блока 7 параметров окружающей среды на вход микроЭВМ 5 поступает информация об атмосферном давлении, температуре, влажности окружающей среды и текущем времени.
Задатчик 6 эталонных напряжений обеспечивает аналого-цифровой преобразователь 4 питанием высокостабильными опорными напряжениями.
Радиотрансивер 9 позволяет осуществить неконтактную передачу результатов экспериментов в радиолокационном диапазоне длин волн по запросу приемопередатчика 13.
Супервизор 10 отслеживает величину напряжения питания микроЭВМ 5 и фиксирует те моменты, когда оно находится ниже допустимого уровня, предотвращая сбои в работе регистратора давления и скорости ударной волны.
При возникновении необходимости или отказе радиотрансивера 9 информация о результатах экспериментов может быть считана в помощью внешнего устройства через com-порт 12.
Приемопередатчик 13 формирует запрос и принимает с радиотрансивера (с первого выхода блока измерений) результаты эксперимента, которые передает на вход персональной ЭВМ 14.
1
2
2
3
3
4
1
2
3
n-1
Персональная ЭВМ 14 обрабатывает результаты эксперимента и определяет для каждого из n датчиков величину давления на фронте ударной волны, импульс ударной волны. Кроме того, с учетом расположения n датчиков давления относительно источника ударной волны и расстояния между ними R, а также времени t прохождения фронтом ударной волны расстояния R, по формуле  она рассчитывает скорость V движения фронта ударной волны на участке от R до R, R до R, R до R и т.д. Так как датчиков давления должно быть n≥4, то в результате расчетов получается набор скоростей V, V V,…V, из анализа которого определяется зависимость изменения скорости движения фронта ударной волны от расстояния до источника ударной волны.