ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы регистрации профилей скорости движения вещества из "Ударно-волновые явления в конденсированных средах " В отличие от измерений давления, методы определения скорости вещества имеют первичный характер, не связаны с построением тарировочных зависимостей, поэтому от них следует ожидать более высокой точности. Основными современными методами непрерывной регистрации ударно-волновых профилей массовой скорости являются метод емкостного датчика, магнитоэлектрический метод и лазерные допплеровские методы. [c.64] Метод является бесконтактным, поэтому его разрешающая способность ограничена, в принципе, лишь разновременностью выхода регистрируемого импульса нагрузки на поверхность образца в контролируемой датчиком области. В зависимости от требуемых разрешающей способности и полного времени регистрации диаметр измерительного электрода и расстояние между ним и поверхностью образца варьируется в пределах 5 — 25 мм и 1 — 6 мм соответственно. Реальная разрешающая способность датчика диаметром 5 мм составляла в опьггах 10—20 не. При напряжении на источнике, равном 3 кВ, характерный уровень сигнала емкостного датчика составляет единицы—десятки милливольт. С низким уровнем сигнала связана недостаточно высокая помехоустойчивость метода, что ограничивает возможности его применения. [c.65] Значительно болеё компактный вариант магнитоэлектрического метода представляет собой осесимметричный магнитный датчик скорости [49], где используется постоянный твердотельный магнит. Осесимметричный датчик регистрирует движение металлической поверхности в неоднородном магнитном поле. Методика использовалась для измерений профилей массовой скорости в изоляторах, продуктах взрыва (в этих случаях фиксировалась скорость металлической фольги, размещенной внутри образца), а также для регистрации скорости движения поверхности металлической пластины. Принцип измерений заключается в следующем. [c.66] Пространственное разрешение методов регистрации волновых профилей манганиновыми, емкостными и магнитоэлектрическими датчиками ограничено размерами чувствительных элементов. В лучшем случае это несколько миллиметров в плоскости фронта ударной волны. Так как фиксация волновых профилей проводится прямым осциллографированием, точность определения текущих параметров состояния вещества ограничена погрешностью амплитудных измерений регистрирующей аппаратуры. Существенно более высокими пространственно-временным разрешением и точностью измерений обладают методы регистрации движения свободных и контактных поверхностей с применением лазерной техники. [c.67] На рис.2.15 приведена схема лазерного допплеровского измерителя скорости VISAR [50, 51]. Фиксация изменений скорости отражающей поверхности с его помощью производится путем регистрации периодических изменений интенсивности (биений) при интерференции двух лучей когерентного света с близкими длинами волн. В данном случае интерферируют лучи света, отраженного от движущейся поверхности в разные моменты времени. Если скорость отражающей поверхности изменяется, то, вследствие сдвига по времени, величина эффекта Допплера для интерферирующих лучей оказывается различной. Регистрируемые фотоприемниками биения интенсивности имеют частоту, пропорциональную ускорению отражающей поверхности и величине относительного сдвига по времени. [c.67] Для надежной фиксагщи изменений знака ускорения при немонотонном изменении W(t) в приборе предусмотрена система поляризационного кодирования. Перед расщеплением в большом светоделителе пучок отраженного от образца света поляризуется под углом 45° к горизонтали. Одно из плеч интерферометра содержит четвертьволновую пластину, в которой происходит сдвиг приблизительно на 90 фазы вертикально поляризованного света относительно горизонтальной компоненты. После рекомбинации лучей на выходе из интерферометра пучок света расщепляется поляризационным светоделителем на две компоненты с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Двумя фотоприемниками независимо регистрируются биения интенсивности каждой компоненты, которые оказываются также сдвинутыми по фазе друг относительно друга на 90°. В результате смена знака ускорения неизбежно будет зафиксирована по крайней мере одним фотоприемником по смене (вне экстремумов биений) знака изменения светового потока. [c.69] Ограничения во временном разрешении двухлучевого интерферометра, связанные с частотными характеристиками регистрирующей аппаратуры, снижаются при использовании скоростных фотохронографов на базе электроннооптического преобразователя [20, 53]. В этом случае разрешающая способность метода может достигать субнаносекундного уровня, причем экспериментальные регистро-граммы становятся гораздо более наглядными и легче обрабатываемыми. Кроме того, метод становится менее чувствительным к колебаниям коэффициента отражения контролируемой поверхности и, как следствие, интенсивности поступающего в прибор света. С другой стороны, эффективность использования светового потока выше в вариантах с применением фотоэлектронных умножителей. [c.70] В варианте ОКУ18 [53] двух лучевой интерферометр настраивается таким образом, что рекомбинирующие пучки наклонены друг относительно друга на некоторый малый угол ф. В результате в поперечном сечении области интерференции образуется система полос, расстояние между которыми б = Х,/51п (р. При работе со светом, отраженным от движущейся поверхности, смещение полос на величину (1 соответствует одному интерференционному биению, то есть, как и ранее, изменению скорости поверхности на величину к/2 Ai. Эволюция системы интерференционных полос в процессе измерений регистрируется электроннооптическим фотохронографом, работающим в режиме щелевой фоторазвертки. Из-за худших метрологических характеристик камер с ЭОП, их применение несколько увеличивает погрешность амплитудных измерений. [c.70] Лазерные интерферометрические измерители скорости вещества в ударных волнах применяются как для фиксации скорости движения свободной поверхности тела, так и для измерений волновых профилей внутри прозрачной среды или на поверхности контакта между исследуемым образцом и окном из прозрачного материала. При этом следует учитывать влияние ударного сжатия прозрачной среды на ее оптические характеристики и закономерности отражений света в ней от движущейся поверхности. [c.71] Интерферометр и регистрирующая аппаратура могут бьггь удалены от экспериментальной сборки на десятки метров. Применение волоконных световодов в качестве линий связи обеспечивает проведение измерений вне пределов прямой видимости объекта. Используются различные типы волоконно-оптических линий связи—с одним общим волокном для передачи излучения от лазера к мишени и обратно к интерферометру, с одним волокном для передачи излучения к объекту и вторым для передачи отраженного излучения, а также пучки из семи волокон, в которых центральное волокно служит для передачи излучения от лазера, а шесть остальных—для передачи отраженного излучения к системе регистрации. Так как между экспериментальной сборкой и регистрирующей аппаратурой нет электрической связи, лазерные методы обладают высокой электрической помехоустойчивостью. [c.72] Вернуться к основной статье