RU2469284C1 - Способ калибровки датчиков импульсного давления - Google Patents
Способ калибровки датчиков импульсного давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469284C1 RU2469284C1 RU2011131604/28A RU2011131604A RU2469284C1 RU 2469284 C1 RU2469284 C1 RU 2469284C1 RU 2011131604/28 A RU2011131604/28 A RU 2011131604/28A RU 2011131604 A RU2011131604 A RU 2011131604A RU 2469284 C1 RU2469284 C1 RU 2469284C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- shock wave
- laser
- calibrating
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области техники измерения импульсных давлений и может найти широкое применение для калибровки различного типа датчиков импульсного давления, а также для проверки и установления их работоспособности. Заявлен способ калибровки датчика импульсного давления, основанный на сравнении показания калибруемого датчика с амплитудой давления воздействующей на него ударной волны. Согласно заявленному способу воздействие осуществляют сферической ударной волной, направленной по нормали к чувствительному элементу датчика и генерированной лазерным пробоем воздуха. Амплитуду ударной волны рассчитывают аналитически. Технический результат: повышение энергетической эффективности и производительности процесса калибровки. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области техники измерения импульсных давлений и может быть использовано при экспериментальных исследованиях в газодинамике, лазерной физике, в различных областях техники для обеспечения измерений импульсного давления.
Известен способ калибровки датчиков импульсного давления путем использования баллистического маятника [1]. Маятник выполнен в виде подвешенного на нити твердого шарика известной массы, который наносит удар по чувствительному элементу датчика. По высоте предварительного подъема шарика определяется амплитуда импульсного давления при ударе. Сравнивая эту амплитуду с показаниями датчика, получают искомый коэффициент калибровки. Недостаток этого способа обусловлен большой длительностью времени соударения шарика с датчиком. И если эта длительность превышает время возврата отраженного сигнала внутри датчика, то такой способ калибровки неприменим. Область контакта при ударе мала по сравнению с поперечным размером чувствительного элемента датчика. Вследствие этого в чувствительном элементе инициируется не плоская, а сферическая волна возмущения, что вносит ошибку в определение коэффициента калибровки. Другой недостаток данного способа - низкая производительность. Он позволяет калибровать датчики по одному. Кроме того, для использования этого способа требуются аналитические весы, чтобы точно определить вес шарика.
Известен способ калибровки датчиков импульсного давления путем воздействия на чувствительный элемент датчика ударной волны (УВ), инициированной взрывом небольшого заряда химического взрывчатого вещества (ВВ) или электрическим взрывом проволочки [2]. Недостатком данного способа является сложность и высокая стоимость используемого оборудования в виде взрывной камеры, внутри которой помещен заряд ВВ и на стенке которой укреплены калибруемый и образцовый датчики. Другой недостаток - низкая производительность. Датчики можно калибровать по одному. Кроме того, для калибровки требуется дополнительный датчик. Недостатком является также сложность проведения взрывных работ. Кроме того, при использовании данного способа в лаборатории или на производственном участке нужно хранить запас ВВ, что создает повышенную пожаро- и взрывоопасность.
Был также предложен способ калибровки путем воздействия на чувствительный элемент датчика УВ, создаваемой в ударной трубе, состоящей из двух камер высокого и низкого давления, разделенных мембраной [3]. Недостатком этого способа является использование сложного и дорогостоящего оборудования. Кроме того, для того чтобы прокалибровать один датчик, требуется использование двух дополнительных датчиков для измерения скорости УВ. Недостатком данного способа также является низкая производительность. За один цикл работы установки можно прокалибровать только один датчик.
Наиболее близким к заявляемому является способ, предложенный в [4], где калибровку осуществляют путем воздействия на чувствительный элемент датчика плоской УВ, инициированной приповерхностным лазерным пробоем воздуха. Для реализации этого способа применяют специальное устройство, представляющее собой ударную трубку с телескопической насадкой, в которой закрепляется калибруемый датчик. Пробой инициируют у поверхности поглощающей излучение таблетки, установленной на глухом торце трубки, оптически связанной окном в боковой стенке с импульсно-периодическим лазером. Недостаток этого способа состоит в том, что для его реализации требуется специальное устройство. Другой недостаток в том, что для калибровки требуется измерять скорость УВ, а по ней рассчитать амплитуду давления в предположении, что волна плоская. Но вследствие торможения газодинамического потока на стенке трубки при малом ее диаметре форма УВ будет искажаться, и отклоняться от плоской, что ведет к ошибкам калибровки. Далее измерение скорости УВ осуществляется времяпролетным методом, перемещением датчика на телескопической насадке при повторении лазерных импульсов. Это предъявляет повышенные требования к стабильности временных и энергетических параметров лазера. Недостатком является низкая производительность - чтобы прокалибровать один датчик, требуется несколько циклов работы установки.
Задачей изобретения является обеспечение возможности калибровки датчиков импульсного давления различных типов, упрощение и удешевление процесса калибровки, а также повышение его производительности.
Поставленная задача решается следующим образом. В способе калибровки датчиков импульсного давления, включающем сравнение показания калибруемого датчика с амплитудой давления воздействующей на него ударной волны, согласно предлагаемому техническому решению для воздействия используют сферическую ударную волну, генерированную лазерным пробоем воздуха, амплитуду которой рассчитывают аналитически.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показана схема расположения калибруемого датчика, лазера - источника импульсного излучения, фокусирующей линзы и малоразмерной металлической мишени, у поверхности которой осуществляется оптический пробой;
на фиг.2 показаны результаты калибровки датчика импульсного давления, полученные предлагаемым способом.
Калибровка датчика импульсного давления согласно предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Калибруемый датчик l, электрически соединенный с регистратором его сигналов (на фиг.1 не показан), фиксируется на заданном расстоянии R от места оптического пробоя воздуха. Расстояние R должно не менее, чем на порядок превышать радиус входного окна датчика. В этом случае расстояние от центра пробоя до края окна менее, чем на 0.5% превышает расстояние до его середины. Потому часть фронта УВ, попавшая внутрь датчика, мало отличается от плоскости. Вследствие этого кривизна фронта сферической УВ не приводит к искажению его показаний.
Пробой может быть осуществлен как в открытом воздухе, так и у поверхности твердотельной мишени. Однако пробой в открытом воздухе требует высоких значений плотности мощности фокусируемого излучения (q≥1011 Вт/см2), тогда как пробой у твердой поверхности требует меньших значений плотности мощности (q≥108 Вт/см2), и потому позволяет в широких пределах варьировать энергию инициирующих лазерных импульсов. Поэтому для наших целей приповерхностный пробой более предпочтителен. Импульс излучения лазера 2 фокусируется линзой 3 на поверхности металлической мишени малого размера 4 и инициирует приповерхностное плазмообразование, генерирующее УВ в воздухе. При этом выполняются условия практически полного поглощения лазерного излучения генерируемой плазмой - длительность лазерного импульса не превышает времени формирования УВ (~10-7 с), а плотность мощности в области фокуса q≥5·108 Вт/см2. В этом случае оптический пробой подобен взрыву, а УВ после удаления от места пробоя на расстояние, на порядок превышающее размер области фокуса, становится сферической и достигает в таком виде чувствительного элемента калибруемого датчика.
Датчик импульсного давления в результате воздействия на него ударной волны генерирует электрический сигнал, форма которого однозначно связана с временным профилем ударного пика. Соответствующая осциллограмма записывается регистратором. По ней определяют амплитуду сигнала ΔU, однозначно связанную с амплитудой давления ΔР пришедшей ударной волны. Искомый коэффициент калибровки определяется соотношением:
ΔР рассчитывается по формуле Садовского с модифицированными коэффициентами. Исходная формула Садовского [5] получена в результате анализа экспериментальных данных по крупномасштабным взрывам зарядов тринитротолуола. Переписанная в форме, удобной для анализа лазерного взрыва, она имеет вид:
где ΔР - амплитуда давления в барах, Е - энергия лазерного импульса в Дж, R - радиус ударной волны в см. Ее коэффициенты равны:
Однако формула (2) с коэффициентами (3) применительно к лазерному взрыву дает завышенные результаты [6]. В связи с этим для учета специфики лазерного взрыва потребовалась модификация коэффициентов соотношения (2). Модифицированные значения коэффициентов (2), найденные из анализа лазерных экспериментов с использованием метода наименьших квадратов [7], равны:
С такими коэффициентами соотношение (2) вполне удовлетворительно описывает экспериментальные амплитудные зависимости лазерного взрыва. При этом погрешность аппроксимации экспериментальных данных (E=75 мДж) не превысила 6% [7]. Это позволяет для расчета коэффициента калибровки по (1) использовать формулу Садовского (2) с модифицированными коэффициентами (4)
В качестве примера применения предлагаемого способа калибровки на фиг.2 приведены результаты калибровки пьезоэлектрического датчика импульсного давления. Радиус входного окна датчика равен 5 мм. В качестве источника импульсного излучения использовалась лазерная установка в моноимпульсном режиме с длиной волны излучения 1.06 мкм, длительностью лазерного импульса τ=74 нс и энергией 1.37 Дж. Излучение фокусировалось плосковыпуклой линзой с фокусным расстоянием 10 см на торец латунного стержня в пятно диаметром 3 мм, что обеспечивало достижение плотности мощности излучения 3·108 Вт/см2 в пятне лазерного облучения на мишени. Для регистрации ударной волны датчик 1 устанавливался перпендикулярно направлению лазерного излучения на оптической скамье, что позволяло варьировать расстояние от датчика до мишени в пределах от 1 до 80 см. Сигнал с датчика регистрировался электронным осциллографом Tektronix DPO 3034. Входное сопротивление осциллографа составляло 1 МОм. Калибровочный коэффициент рассчитывался по формуле (1) для R=60 см - его величина равна 0.137 бар/В.
На фиг.2 (расстояния R - в см, амплитуда давления ударной волны ΔР - в барах) кривая 1 - прокалиброванные показания датчика, 2 - результаты расчетов по формуле (2) с модифицированными коэффициентами (4), 3 - результаты расчетов по формуле (2) с исходными коэффициентами (3), применительно к энергии используемых лазерных импульсов. Из фиг.2 видно, что калиброванные показания датчика хорошо согласуются с формулой (1) с модифицированными коэффициентами (4) для расстояний, начиная от 5 см и выше. При этом отклонение не превышает 9,5%. Отклонения, как видно из фиг.2, нарастают для расстояния менее 5 см по мере его уменьшения вследствие нарастания влияния кривизны фронта УВ. Это указывает на еще одно условие применимости предлагаемого способа калибровки, помимо перечисленных выше, - калибруемый датчик должен быть установлен так, чтобы расстояние от него до места пробоя, по крайней мере, в пять раз превышало поперечный размер его чувствительного элемента.
Таким образом, предложен способ калибровки датчиков импульсного давления, который обладает всеми достоинствами способов калибровки ударной волной с крутым фронтом и имеет ряд преимуществ по сравнению с известными. Его применение не требует никаких специальных устройств типа взрывных камер и ударных труб. Кроме того, сферическая УВ оказывает одинаковое воздействие на датчики, установленные на одинаковом расстоянии от места пробоя. Поэтому предлагаемый способ позволяет проводить калибровку и испытания единовременно нескольких датчиков разного типа с использованием единичного импульса лазерного излучения, энергия которого может быть измерена с высокой точностью. Т.е. предлагаемый способ калибровки предъявляет умеренные требования к стабильности временных и энергетических параметров лазера. При этом калибруемые датчики должны быть ориентированы радиально, навстречу приходящей сферической УВ, и установлены либо на одинаковом расстоянии от места пробоя, либо на разных, но так, чтобы датчики, установленные на меньших расстояниях, не искажали формы фронта УВ, идущей к удаленным датчикам. Каждый из калибруемых датчиков присоединяют к индивидуальному регистратору либо все датчики присоединяют к одному многоканальному регистратору. Т.о. предлагаемый способ калибровки обеспечивает повышение энергетической эффективности и производительности процесса калибровки. Он пожаро- и взрывобезопасен и одинаково пригоден для использования, как в лабораторных условиях, так и в условиях промышленного поточного производства.
Источники информации
1. Войтенко В.А. Маятниковый метод тарировки пьезодатчиков / В.А.Войтенко, Л.И.Кузнецов // ПТЭ. - 1992. - №4. - С.189-191.
2. Федяков Е.М. Измерение переменных давлений / Е.М.Федяков, В.К.Колтаков, Е.Е.Багдатьев. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 215 с.
3. Уиллмарт У. Миниатюрные датчики из титаната бария для аэродинамических и акустических измерений давления / У.Уилмарт // Ударные трубы: сборник / У.Уилмарт [и др.]; под ред. Х.А.Рахматуллина и С.С.Семенова. - М.: Издательство иностранной литературы, 1962. - С.364-373.
4. Устройство для калибровки датчиков импульсного давления: пат. 6749 Республики Беларусь, МПК7 G01L 27/00 / Ю.А.Чивель; заявитель ИМАФ НАН Беларуси. - №а20020620; заявл. 2002.07.16; опубл. 2004.09.09 // Афiцыйны бюл. / Вынаходствы, карысныя мадэлi, прамысловыя узоры. - 2004. - №4. - С.182.
5. Садовский М.А. Геофизика и физика взрыва / М.А.Садовский. М., 1999.
6. Чумаков А.Н. Динамика ударной волны при лазерном приповерхностном пробое воздуха / А.Н.Чумаков, A.M.Петренко, Н.А.Босак // Инженерно-физический журнал. 2002. - Т.75. - №3. - С.161-165.
7. Чумаков А.Н. Аналитическое представление радиальной зависимости амплитуды давления импульсного приповерхностного оптического разряда / А.Н.Чумаков, A.M.Петренко, Н.А.Босак // VII международный симпозиум по радиационной плазмодинамике. Сборник научных трудов. М.: 2006. - С.102-105.
Claims (1)
- Способ калибровки датчика импульсного давления, основанный на сравнении показания калибруемого датчика с амплитудой давления воздействующей на него ударной волны, отличающийся тем, что воздействие осуществляют сферической ударной волной, направленной по нормали к чувствительному элементу датчика и генерированной лазерным пробоем воздуха, амплитуду ударной волны рассчитывают аналитически.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131604/28A RU2469284C1 (ru) | 2011-07-27 | 2011-07-27 | Способ калибровки датчиков импульсного давления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131604/28A RU2469284C1 (ru) | 2011-07-27 | 2011-07-27 | Способ калибровки датчиков импульсного давления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2469284C1 true RU2469284C1 (ru) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011131604/28A RU2469284C1 (ru) | 2011-07-27 | 2011-07-27 | Способ калибровки датчиков импульсного давления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2469284C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104990667A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-10-21 | 西安近代化学研究所 | 一种用于激波管校准的冲击波压力测试安装结构 |
RU2566417C1 (ru) * | 2014-04-28 | 2015-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" | Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн |
RU2672897C1 (ru) * | 2018-02-14 | 2018-11-20 | Федеральное казённое предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия") | Баллистический маятник |
CN113102390A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-07-13 | 浙江工业大学 | 一种磁场约束双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳颗粒方法 |
RU2793044C1 (ru) * | 2022-09-13 | 2023-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" (РТУ МИРЭА) | Вкладной электронный регистратор давления |
CN116908635A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-10-20 | 合肥工业大学 | 液体放电压力特性的传感采集与光学观测联合诊断方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1076792A1 (ru) * | 1982-06-30 | 1984-02-29 | Предприятие П/Я В-2504 | Способ динамической градуировки датчиков давлени |
SU1255881A1 (ru) * | 1984-08-20 | 1986-09-07 | Предприятие П/Я В-2504 | Способ динамической градуировки датчиков давлени и устройство дл его осуществлени |
US20060272383A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Ter-Chang Huang | Method of calibrating zero offset of a pressure sensor |
-
2011
- 2011-07-27 RU RU2011131604/28A patent/RU2469284C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1076792A1 (ru) * | 1982-06-30 | 1984-02-29 | Предприятие П/Я В-2504 | Способ динамической градуировки датчиков давлени |
SU1255881A1 (ru) * | 1984-08-20 | 1986-09-07 | Предприятие П/Я В-2504 | Способ динамической градуировки датчиков давлени и устройство дл его осуществлени |
US20060272383A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Ter-Chang Huang | Method of calibrating zero offset of a pressure sensor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Чумаков А.Н., Петренко A.M., Босак Н.А. Особенности временной формы импульсов давления оптического пробоя воздуха. - Инженерно-физический журнал. Изд-во АНК «Института тепло-массообмена им. А.В.Лыкова НАН Белоруси», т.76, 2003, No.4. * |
Чумаков А.Н., Петренко A.M., Босак Н.А. Особенности временной формы импульсов давления оптического пробоя воздуха. - Инженерно-физический журнал. Изд-во АНК «Института тепло-массообмена им. А.В.Лыкова НАН Белоруси», т.76, 2003, №4. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566417C1 (ru) * | 2014-04-28 | 2015-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" | Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн |
CN104990667A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-10-21 | 西安近代化学研究所 | 一种用于激波管校准的冲击波压力测试安装结构 |
CN104990667B (zh) * | 2015-06-23 | 2017-07-04 | 西安近代化学研究所 | 一种用于激波管校准的冲击波压力测试安装结构 |
RU2672897C1 (ru) * | 2018-02-14 | 2018-11-20 | Федеральное казённое предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия") | Баллистический маятник |
CN113102390A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-07-13 | 浙江工业大学 | 一种磁场约束双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳颗粒方法 |
RU2793044C1 (ru) * | 2022-09-13 | 2023-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" (РТУ МИРЭА) | Вкладной электронный регистратор давления |
CN116908635A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-10-20 | 合肥工业大学 | 液体放电压力特性的传感采集与光学观测联合诊断方法 |
CN116908635B (zh) * | 2023-09-13 | 2023-11-21 | 合肥工业大学 | 液体放电压力特性的传感采集与光学观测联合诊断方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2469284C1 (ru) | Способ калибровки датчиков импульсного давления | |
Gupta et al. | Various methods for the determination of the burning rates of solid propellants: an overview | |
AU2010242954B2 (en) | Compositions and methods for determining directionality of radiation | |
CN110296975B (zh) | 含能材料宏观参数快速检测光谱系统 | |
CN105928425B (zh) | 一种导爆索爆速测量装置及测量方法 | |
CN103471998A (zh) | 超声材料反射和透射系数激光测量系统 | |
RU2300729C1 (ru) | Способ неконтактного подрыва заряда | |
CN1076477C (zh) | 一种高量值加速度计冲击校准方法及其装置 | |
CN205909746U (zh) | 一种导爆索爆速测量装置 | |
CN108519494A (zh) | 一种测炸药爆炸加速度和速度的多段激光法 | |
CN110220775B (zh) | 一种基于轻气炮冲击加载下样品透射率的测量装置 | |
RU2590960C1 (ru) | Способ определения характеристик срабатывания детонирующего устройства | |
Cardoso et al. | Detonation parameters of PlSEM plastic explosive | |
RU2486512C2 (ru) | Способ определения работоспособности взрывчатых веществ | |
KR101914266B1 (ko) | 근접신관의 지상 공간 폭발위치 측정장치 | |
JP4300288B2 (ja) | 加速度センサの動的特性測定装置 | |
Maisey et al. | Characterization of detonator performance using photonic Doppler velocimetry | |
Biss et al. | Overdriven-detonation states produced by spherically diverging waves | |
Scholtes et al. | Development of exploding foil initiators for future IM | |
Schwarz | New technique for determining the shock initiation sensitivity of explosives | |
Petrenko et al. | Calibration of pulse pressure sensors using the laser near-surface air breakdown | |
RU2484424C2 (ru) | Способ неконтактного подрыва заряда | |
CN107656089A (zh) | 一种光线多点反射式弹丸测速装置及其方法 | |
Prinse et al. | High-speed velocity measurements on an EFI-system | |
Bivolaru et al. | Plasma driven shock tube for dynamic characterization of sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130728 |