ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к области измерительной техники.
При исследовании быстропротекающих процессов (быстрое горение, взрыв, высокоскоростное взаимодействие материалов, распространение ударных волн и т.н.) применяют поверхность/лайнер с возможностью ее перемещения от воздействия продуктов взрыва. При оценке симметрии и динамики движения поверхностей/лайнеров традиционно применяется метод измерения, основанный на использовании контактных датчиков, формирующих при подлете исследуемой поверхности/лайнера электрические сигналы.
Так, например, известны контактные датчики (КД), которые устанавливают на разных заданных базах от исходного положения движущейся поверхности - алюминиевой пластины, при этом каждый датчик устанавливают по нормали к движущейся поверхности с возможностью взаимодействия с ней, при этом 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).
Недостатками таких датчиков являются ограниченные функциональные возможности, которые не позволяют дублировать измерения асимметрии и динамики движущихся сферических, цилиндрических, параболических или других сложных форм поверхностей.
∅
В сфере газодинамических исследований при проведении взрывных экспериментов выставляется требование о проведении измерений интервалов времени, как минимум, двумя независимыми методиками, основанными на разных физических принципах. Из описания к патенту RU 2364834 (публик. 20.09.2009) известна конструкция электрооптического датчика (ЭОД) измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов, позволяющего одновременно формировать электрические и световые сигналы в моменты взаимодействия с движущейся поверхностью, в результате чего появилась возможность определения скорости и асимметрии движущейся поверхности двумя независимыми методиками, основанными на разных Физических принципах. Конструкция этого датчика принята в качестве наиболее близкого аналога заявляемой полезной модели. Датчик выполнен в коаксиальной компоновке на основе оптоволоконной линии и включает электрод, изготовленный из никелевой трубки 0,35 мм, в которую вклеено с помощью эпоксидного клея оптическое волокно типа ММ50/125/250. К трубке подпаяна медная проволока диаметром 0,2 мм, на которую в опыте подавали напряжение 150 В, торец датчика отполирован. Группу таких ЭОД устанавливали в отверстия приемника с фиксацией эпоксидным клеем. В приемнике, закрытом экраном, выполняющим функцию второго электрода, по нормали к движущейся поверхности устанавливали две или более группы ЭОД на разных базах от исходного положения поверхности. Поверхность разгоняли продуктами взрыва до скорости, вызывающей свечение ударной волны перед ней. Поверхность экрана, обращенная к ЭОД, при движении взаимодействовала с их торцами, при этом происходило одновременное формирование электрических и световых сигналов, которые поступали на регистраторы. Регистраторы измеряли время подлета движущейся поверхности к торцу каждого датчика. Разновременность определяли по разности времен электрических и световых сигналов в каждой группе датчиков.
Недостатком ЭОД является ограниченность области применения из-за необходимости использования для формирования электрических сигналов, поступающих на регистраторы, заземленного электропроводящего экрана, замыкающего электрическую цепь при контакте с торцами ЭОД.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции электрооптического датчика измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов, выполненного в коаксиальной компоновке на основе оптоволоконной линии, установленной в трубчатом электроде, к которому припаян проводник с возможностью соединения с источником напряжения, новым является то, что в конструкцию введен второй электрод - наружный, установленный коаксиально внутреннему и отделенный от него диэлектриком, при этом к наружному электроду также припаян проводник с возможностью соединения с источником напряжения.
Введение в конструкцию второго электрода, установленного коаксиально внутреннему и отделенного от него диэлектриком, с припаянным к нему проводником с возможностью соединения с источником напряжения, позволяет замыкать электрическую цепь ионизированными продуктами, образующимися на фронте ударной или детонационной волны без применения электропроводящей поверхности/лайнера при исследовании параметров ударной или детонационной волны. При этом ионизированные продукты выполняют функцию электропроводящей поверхности. При исследовании параметров детонационной и ударной волны без использования электропроводящей поверхности/лайнера регистрируют не только оптические сигналы, но и электрические, обеспечивая применение двух независимых физических принципов.
На фиг. 1, 2 представлен пример конкретного выполнения заявляемого устройства, где: 1 - наружный электрод; 2 - внутренний электрод; 3 - диэлектрик; 4 - светопровод.
Примером конкретного выполнения заявляемой полезной модели может служить электрооптический датчик измерения момента времени прихода ударной волны, детонационной волны или лайнера в заданную точку, срабатывающий при взаимодействии с детонационным фронтом или со световым излучением, сформированным в слое воздуха при сжатии его ударной волной, или лайнером. Датчик включает два коаксиальных никелевых электрода, наружный ∅1 мм и внутренний - ∅0,35 мм. Электроды отделены друг от друз а диэлектриком в виде трубки из ПВХ. Во внутренний электрод вклеено с помощью эпоксидного клея оптическое волокно типа ММ50/125/250. К электродам припаяны медные проволоки диаметром 0,2 мм.
Работа заявляемого устройства заключается в следующем. При исследовании параметров быстропротекающего процесса, например, ударной волны, устанавливают группу датчиков на разных расстояниях от устройства ударно-волнового нагружения. На электроды 1 и 2 датчиков подают напряжение 150 В. Сформированная ударная волна ионизирует слой воздуха на фронте, вызывая его свечение. Оптический светопровод 4 воспринимает световое излучение с передачей оптического сигнала на регистрирующую аппаратуру. При этом электроды замыкаются ионизированным слоем воздуха и электрические сигналы также передаются на регистрирующую аппаратуру. При исследовании параметров детонационной волны регистрация электрических и оптических сигналов происходит аналогичным образом. При исследовании движения поверхности/лайнера, снимается требование к необходимости ее заземления, что упрощает проведение исследований и обеспечивает возможность исследования широкого класса поверхностей. Т.о. регистрация производится за счет двух независимых физических принципов: электрического и оптического, что повышает надежность и достоверность регистрации. При этом расширяются функциональные возможности датчика за счет возможности осуществления регистрации временных интервалов прихода детонационных, ударных волн и незаземленных лайнеров.