УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ СЖАТИЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для измерения параметров волны сжатия, в частности, профиля давления ударной волны.
Известно, что пьезорезистивные датчики, прежде всего манганиновые, широко применяются для измерения профиля давления волны сжатия.
Используются устройства как с одним датчиком, так и с несколькими датчиками, размещенными в исследуемом образце [Г.И.Канель, С.В.Разоренов, А.В.Уткин, В.Е.Фортов. Ударно-волновые явления в конденсированных средах. - М: "Янус-К", 1996. - 408 с.].
Недостатки устройства с одним датчиком обусловлены меньшей достоверностью, точностью и информативностью измерений, чем в случае устройства, содержащего два и более датчиков.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для измерения параметров волны сжатия в исследуемом образце, содержащее размещенные в образце пьезорезистивные датчики с токовыводами для подключения к цепи питания [П.А.Уртьев, К.М.Тарвер, Л. - Р.Грин. Низкоскоростной удар и инициирование LX-10. Химическая физика, 1995, т.14, №12, с.78-92].
Один из недостатков этого устройства заключается в необходимости использовать для питания n датчиков, соответственно, n генераторов тока и n линий питания, что усложняет измерения.
Еще один недостаток связан с тем, что при изменении тока питания какого-либо датчика, появляются помехи на сигналах других датчиков, что снижает точность измерений.
Кроме того, при сравнении показаний (сопротивлений) различных датчиков погрешность складывается из погрешностей определения амплитуд, как сигналов, так и токов.
Решаемая задача заключается в создании эффективного и достоверного устройства для измерения параметров волны сжатия в исследуемом образце.
Технический результат, достигаемый в заявляемом устройстве, заключается в повышении экономичности и точности измерений.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения параметров волны сжатия, содержащем размещенные в исследуемом образце пьезорезистивные датчики с токовыводами для подключения к цепи питания, новым является то, что ближайшие токовыводы соседних датчиков электрически соединены между собой.
При таком соединении датчики оказываются включенными последовательно в цепь питания с одним генератором тока и одной линией питания, подсоединенной к крайним токовыводам крайних датчиков.
Таким образом, для проведения измерений с несколькими датчиками оказывается достаточным одного генератора тока и одной линии питания, что упрощает измерения и соответственно повышает их экономичность. Кроме того, исключаются помехи на сигналах датчиков, которые появлялись бы из-за изменений токов в других линиях питания, при сравнении показаний различных датчиков, питаемых одним и тем же током, погрешность складывается только из погрешностей определения амплитуд их сигналов, что повышает точность измерений.
На приведенной фигуре представлен вариант схемы заявляемого устройства, содержащего два изготовленных из фольги пьезорезистивных датчика, размещенных в сечении исследуемого образца (совпадающем с плоскостью рисунка).
Заявляемое устройство содержит два пьезорезистивных датчика (например, из манганина и константана), имеющих чувствительные элементы 1, токовыводы 2, 3, сигнальные выводы 5.
Ближайшие токовыводы 2 связаны друг с другом электрическим соединением 4 (пайка, сварка и т.п.).
Крайние токовыводы 3 подключены к линии питания 7.
Сигнальные выводы 5 подсоединены к измерительным линиям 6.
Устройство работает следующим образом.
До прихода к датчикам волны сжатия в линии питания 7 формируется ток с постоянной в течение времени измерения амплитудой J.
Ток протекает через крайние выводы 3, чувствительные элементы датчиков 1, ближайшие выводы 2 и электрическое соединение 4.
Регистраторы измеряют напряжения на чувствительных элементах 1, передаваемые измерительными линиями 6:
01
01
02
02
- до прихода волны сжатия V=J·R, V=J·R;
1
1
2
2
- после прихода волны сжатия V(t)=J·R(t), V(t)=J·R(t),
01
02
1
2
где R, R, R(t), R(t) - электросопротивления чувствительных элементов 1 до и после прихода волны сжатия, соответственно.
Изменения электросопротивлений чувствительных элементов 1 равны
1
01
1
01
2
02
2
02
R/R=V/V, R/R=V/V.
По изменениям сопротивлений датчиков из различных материалов находим при сравнении их показаний (с использованием калибровочных зависимостей) профиль давления с учетом, например, деформации (изменения длин чувствительных элементов) или шунтирования (растекания части тока в окружающую среду).
При этом предполагается, что токи, протекающие по двухпроводной линии, состоящей из экранов измерительных линий 6, а также по двухпроводным линиям из экрана линии питания 7 и экранов линий 6, пренебрежимо малы по сравнению с током питания датчиков. Это условие практически всегда выполняется для датчиков из фольги с сопротивлениями ≤0,1 Ом.