способ измерения параметров отражающей поверхности в быстропротекающих процессах
Классы МПК: | G01P3/36 приборы, выполняющие измерения с помощью оптических средств, те инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей G01N25/28 с непосредственным измерением роста температуры газов в течение процесса горения |
Автор(ы): | Гатилов Л.А., Забабуркин Д.И., Шатров В.А. |
Патентообладатель(и): | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики, Министерство Российской Федерации по атомной энергии |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-08-30 публикация патента:
10.03.2004 |
Изобретение относится к технике регистрации быстропротекающих процессов в экспериментальной физике, в частности к способам измерений параметров фронтов пламени, ударной и/или детонационной волны. Способ включает подачу на поверхность зондирующего электромагнитного и регистрацию отраженного излучений. Новым в способе является: регистрация теплового излучения поверхности, преобразование параметров отраженного и теплового излучений поверхности посредством криогенных детекторов на основе переходов Джозефсона в напряжения и усиление их ими. По изменениям напряжений судят о скорости перемещения поверхности и/или коэффициенте излучения и температуре поверхности. При этом зондирующим излучением служит излучение СВЧ-диапазона. Технический результат - повышение точности и информативности измерений, упрощение расшифровки сигналов, снижение требований к генератору зондирующего излучения, расширение функциональных возможностей - диагностика реальных поверхностей (в том числе измерение коэффициента излучения и температуры поверхности). 1 з.п. ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ измерения параметров отражающей поверхности в быстропротекающих процессах, включающий подачу на нее зондирующего электромагнитного излучения и регистрацию отраженного, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют тепловое излучение поверхности, параметры отраженного и теплового излучения преобразуют посредством криогенных детекторов на основе переходов Джозефсона в напряжения, усиливают их с помощью таких же криодетекторов, регистрируют усиленные напряжения и по ним определяют скорость перемещения и/или коэффициент излучения и температуру поверхности.2. Способ измерения параметров отражающей поверхности в быстропротекающих процессах по п.1, отличающийся тем, что зондирующим излучением служит излучение СВЧ-диапазона.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике регистрации быстропротекающих процессов, в частности, к способам измерения параметров фронтов пламени ударной и/или детонационной волны в химической физике, в том числе в физике горения и взрыва. Уровень техникиИзвестен оптический метод измерения скорости движения отражающей лазерный луч поверхности [1]. На поверхность, скорость которой необходимо измерить, направляют лазерный пучок. Отраженный пучок направляют в интерферометр Фабри-Перо. Задача состоит в определении частоты отраженного пучка в функции скорости движения мишени и углов падения и отражения при известной частоте падающего лазерного пучка. Интерферометр регистрирует изменения положения интерференционных колец во времени с помощью фотохроногрофа. Оптический метод измерения температуры поверхности путем регистрации ее теплового излучения описан в [2]. Исследуется тепловое излучение, испущенное излучаемой поверхностью. В данном методе поверхность находится 5 контакте с позолоченным полусферическим зеркалом (при этом коэффициент излучения системы поверхность - зеркало становится близким к единице). В качестве детектора используется кремниевый фотоэлемент. Недостаток всех оптических методов связан с невозможностью измерения параметров (скорости, температуры и т.д.) отражающей поверхности, закрытой от регистрирующих приборов непрозрачным для света экраном. Известен способ измерения скорости движения отражающей поверхности, включающий облучение поверхности электромагнитным излучением и регистрацию отраженного излучения [3] . Регистрацию отраженного излучения осуществляют посредством интерферометра, в котором происходит интерференционное сложение излучений, отраженного от движущейся границы с исходным зондирующим излучением. Мерой скорости границы является частота доплеровского смещения fд:

где

V - скорость движения границы;



Техническая задача - уменьшение минимального разрешения и регистрация других параметров: коэффициента излучения поверхности и ее температуры в быстропротекающих процессах. Технический результат - повышение точности (минимальное разрешение по перемещению составляет <0,1 мм при

1) магнитное поле ~10-14 Тл/Гц1/ 2;
2) мощность электромагнитного излучения ~10-15 Вт/Гц1/ 2;
3) напряжение ~10-15 В/Гц1/ 2; т.е. 10-12 В в полосе частот ~106 Гц [5, 6]. Так как на ДП выполняется 1-е соотношение Джозефсона
f = 2e


где f - частота излучения;
V - напряжение на ДП;
е - заряд электрона;

не зависящее от типа перехода, материала электродов, мощности и частоты слабого СВЧ-сигнала, можно использовать ДП в качестве преобразователя частоты в напряжение:
V



При движении границы со скоростью U~103 м/с частота отраженного излучения из-за эффекта Доплера увеличивается примерно на 10-3%

где C - скорость света в вакууме;









где Е - спектральная плотность излучения черного тела;

C1=5,9


С2=1,44






При пороговой чувствительности приемника ~10-14 Вт/Гц1/ 2 и данной полосе частот f~102 ГГц минимальная измеряемая мощность равна W~4,5







1. Макмиллан, Гусман, Паркер и др. Применение интерферометра Фабри-Перо для измерения скорости движения поверхности // Приборы для научных исследований, 1988, 1, с.3-28. 2. Т.Куинн. Температура. - М.: Мир, 1985, с.309-393. 3. Б.Кох. Радиоэлектрические методы исследования быстропротекающих процессов. В кн.: Физика быстропротекающих процессов, т.1. - М.: Мир, 1971, с. 382-462 - прототип. 4. С. В. Баталов, В.П.Филин, В.В.Шапошников. Радиоволновый метод исследования физических явлений в и химических превращений в гетерогенных ВВ под действием УВ // ФГВ, 1991, т.27, 6, с.107-109. 5. А.Ф.Волков, Н.В.Заварицкий, Ф.Я.Надь. Электронные устройства на основе слабосвязанных сверхпроводников. - М.: Советское радио, 1978. 6. Слабая сверхпроводимость. Квантовые интерферрометры и их применение / Под ред. Б.Б.Шварца и С.Фонера. - М.: Мир, 1980. 7. Г.Эберт. Краткий справочник по физике. - М.: Физматгиз, 1963, с.325. 8. Э. Ред. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. - М.: Мир, 1990, с.78.
Класс G01P3/36 приборы, выполняющие измерения с помощью оптических средств, те инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей
Класс G01N25/28 с непосредственным измерением роста температуры газов в течение процесса горения