СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АСИММЕТРИИ ДВИЖУЩЕЙСЯ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD FOR DEFINITION OF MOVING SURFACE ASYMMETRY

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерению параметров движущихся поверхностей.
При оценке симметрии и динамики движения поверхностей традиционно применяется метод измерения, основанный на использовании контактных датчиков, формирующих при подлете исследуемой поверхности электрические сигналы.
В сфере газодинамических исследований при проведении особо ответственных и сложных взрывных экспериментов выставляется требование о проведении измерений интервалов времени, как минимум, двумя независимыми методиками, основанными на разных физических принципах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения скорости движущейся алюминиевой пластины радиоинтерферометрическим способом и с помощью четырех групп контактных датчиков (КД), которые устанавливают на разных заданных базах от исходного положения поверхности, при этом каждый датчик в группах устанавливают по нормали к движущейся поверхности и с возможностью взаимодействия с ней, измеряют время подлета движущейся поверхности и ее разновременность в момент взаимодействия с каждым из датчиков по электрическим сигналам (см. доклад "О влиянии ударно-сжатого слоя перед метаемой пластиной на измерения ее скорости радиоинтерферометрическим методом", авторы: Е.Н.Богданов, В.М.Вельский, А.В.Родионов, сборник тезисов докладов международной конференции «IX Харитоновские тематические научные чтения», 12-16 марта 2007 года, - Саров: ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2007, - 375 с). Вышеуказанный способ принят в качестве прототипа.
Недостатками способа являются ограниченные функциональные возможности, которые не позволяют дублировать измерения асимметрии и динамики движущихся сферических, цилиндрических, параболических или других сложных форм поверхностей.
Решаемой задачей является создание способа определения скорости и асимметрии движущейся поверхности с расширенными функциональными возможностями за счет применения двух независимых методик: контактной и волоконно-оптической.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и достоверности измерений интервалов времени при проведении сложных и дорогостоящих газодинамических экспериментов.
Технический результат достигается в способе определения скорости и асимметрии движущейся поверхности, основанном на использовании, по крайней мере, двух групп датчиков, каждую из которых устанавливают на разных заданных базах от исходного положения поверхности, при этом каждый датчик в группах устанавливают по нормали к движущейся поверхности и с возможностью взаимодействия с ней, измеряют время подлета движущейся поверхности и ее разновременность в момент взаимодействия с каждым из датчиков по электрическим сигналам, в котором новым является то, что разгоняют поверхность до скорости, вызывающей свечение воздуха в ударной волне при взаимодействии с датчиками, в качестве датчиков используют электрооптические датчики для одновременного формирования электрических и световых сигналов в моменты взаимодействия их с движущейся поверхностью, одновременно с электрическими сигналами дополнительно регистрируют и световые сигналы, каждые из которых используют для измерения времени взаимодействия поверхности с электрооптическими датчиками, а разновременность подлета движущейся поверхности определяют по разности времен в каждой группе датчиков по электрическим и световым сигналам.
Использование в заявляемом способе электрооптических датчиков (ЭОД) позволяет одновременно формировать электрические и световые сигналы в моменты взаимодействия их с движущейся поверхностью, в результате чего появилась возможность определения скорости и асимметрии движущейся поверхности двумя независимыми методиками, основанными на разных физических принципах.
На фиг.1 представлено устройство, реализующее заявляемый способ; на фиг.2 - конструкция электрооптического датчика; на фиг.3 - осциллограммы, полученные в эксперименте; на фиг.4 - времена срабатывания ЭОД и КД, полученные независимыми методиками: контактной, волоконно-оптической.
Устройство для реализации способа содержит: электродетонатор 1, линзу ВВ 2, шашку ВВ 3, стальную пластину 4, экран 5, приемник 6, электрооптические датчики 7.
Способ реализуется следующим образом.
Заряд ВВ инициируется с помощью линзы 2 или детонационного распределителя по плоской, сферической или иной поверхности. Продукты взрыва разгоняют пластину 4 или оболочку соответствующей формы, на пути движения которой устанавливают приемник 6 той же формы, закрытый экраном 5. В приемнике 6 по нормали к движущейся поверхности устанавливают две или более группы электрооптических датчиков 7 на разных базах от исходного положения поверхности. Поверхность экрана 5, обращенная к электрооптическим датчикам 7, при движении взаимодействует с их торцами, при этом происходит одновременное формирование электрических и световых сигналов, которые поступают на регистраторы. Регистраторы измеряют время подлета движущейся поверхности к торцу каждого датчика. Разновременность определяют по разности времен электрических и световых сигналов в каждой группе датчиков.
Проверка способа осуществлена в эксперименте с помощью устройства, представленного на фиг.1. Линзу ВВ 2 инициировали электродетонатором 1. Линза создавала в шашке ВВ 3 из ТГ 5/5 плоскую детонационную волну. Продукты взрыва ускоряли стальную пластину 4, которая ударяла по экрану 5. Под экраном 5 устанавливали приемник 6 с электрооптическими (ЭОД) и контактными датчиками (КД) 7. Поскольку скорость пластины была известна до проведения опыта, была установлена одна группа ЭОД и две группы КД.
В опыте использовали электрооптические датчики, конструкция которых приведена на фиг.2. Датчик изготавливали из никелевой трубки 8 ⌀0,35 мм, в которую вклеивали с помощью эпоксидного клея оптическое волокно 9 типа ММ50/125/250.
К трубке подпаивали медную проволоку 10 диаметром 0,2 мм, на которую в опыте подавали напряжение 150 В, торец датчика полировали. Датчики устанавливали в отверстия приемника 6 и фиксировали эпоксидным клеем.
Световые и электрические сигналы с четырех ЭОД регистрировали осциллографами с частотой дискретизации 1 нс и полосой пропускания 500 МГц. Световые сигналы с остальных 20 ЭОД регистрировали измерительным комплексом с оптическими входами, а электрические сигналы с них - параллельно измерительным комплексом с оптическими входами (ИКО) и измерительным комплексом с электрическими входами (ИКЭ). Электрические сигналы с 12-ти КД регистрировали ИКЭ.
Запуск регистрирующей аппаратуры осуществляли одновременно с запуском подрывной установки. Высоковольтный импульс подрывной установки по кабелю подавали на электродетонатор 1 (ЭД) экспериментальной сборки. На конце второго кабеля той же длины, подключенного к подрывной установке, устанавливали искровой разрядник, в котором напротив искрового зазора размещали дополнительно два оптических датчика. Световой импульс "0" с первого оптического датчика по оптической линии из полимерного оптического волокна POF ⌀1 мм длиной 24 м поступал на ИКО. Световой импульс со второго оптического датчика по аналогичной оптической линии поступал на скоростной аналоговый оптоэлектронный преобразователь (АОЭП). Электрический сигнал с АОЭП амплитудой 1,7 В и длительностью фронта ~10 нс подавали в качестве нулевого сигнала "0" на все осциллографы и ИКЭ. Электрические эквиваленты оптических "0" импульсов с первого оптического датчика опережали световой сигнал от второго оптического датчика, регистрируемого ИКО на 15 нс. Этот сдвиг был учтен при обработке результатов.
Световые импульсы, генерируемые в воздушном зазоре перед ЭОД, передавали по линиям из оптического кабеля типа ОК-50 на оптические входы ИКО. Электрические сигналы с ЭОД и КД поступали на регистраторы по трем 25-канальным измерительным линиям из кабеля типа РК50-2-11 длиной 55÷56 м.
В опыте зарегистрирована информация с 24 электрооптических и 12 контактных датчиков. Диаграммы мощности световых сигналов с четырех ЭОД и электрические сигналы с них, зафиксированные в опыте, приведены на фиг.3. Время отсчитывали от нулевого сигнала "0", который заводили на первые каналы всех осциллографов.
Времена срабатывания ЭОД и КД всеми регистрирующими приборами приведены на фиг.4.
Среднее время срабатывания контактных ЭОД, зарегистрированное ИКО, составляет 35,8 мкс (разновременность Δt-0,25 мкс), то же - зарегистрированное ИКЭ, составляет 35,88 мкс (разновременность - 0,21 мкс). Несовпадение полученных результатов можно объяснить разными порогами срабатывания измерительных каналов комплексов, каналы ИКО более чувствительные.
Среднее время срабатывания первой группы КД, состоящей из двух датчиков, установленных на другой базе, составляет 35,6 мкс. Среднее время срабатывания второй группы из 10 КД, зарегистрированное ИКЭ, составляет 35,87 мкс (Δt-0,07 мкс). Среднее время срабатывания 24 ЭОД и 10 КД, установленных на одной базе, практически совпадает. Скорость движения пластины, определенная по временам срабатывания КД, составила 3 км/с.
cp
cp
cp
Среднее время срабатывания оптических и контактных ЭОД, зарегистрированное осциллографами, совпало и составило t=35,74 мкс (Δt-0,09 мкс). Это время отличается от t, зарегистрированного ИКЭ, на 0,14 мкс и на 0,06 мкс от t, зарегистрированного ИКО.
cp
Среднее время срабатывания оптических ЭОД, зарегистрированное ИКО, составляет 35,63 мкс (Δt-0,2 мкс), это время отличается от t, зарегистрированного осциллографами, на Δt=0,13 мкс в сторону опережения. Это связано с наличием пологой части фронта световых импульсов, которая привела к более раннему срабатыванию каналов ИКО (порог срабатывания каналов - 5…10 мкВт).
Среднее время движения пластины, зарегистрированное ИКО оптической частью ЭОД, на ~0,14 мкс меньше среднего времени, зарегистрированного на обоих комплексах с контактной части ЭОД. Это связано с наличием пьедестала на фронте световых сигналов.
По сравнению с прототипом данный способ позволяет проводить измерения динамики и асимметрии движения поверхностей двумя независимыми методиками, основанными на разных физических принципах, что позволяет повысить надежность и достоверность измерений интервалов времени в сложных, дорогостоящих экспериментах.