Чувствительный элемент датчика давления
Изобретение относится к технике измерений , в частности к измерениям ударно-волнового и массового воздействий микрсззрыва. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент индикатора ударноволнового и массового воздействий выполнен в виде прозрачной подложки со слоем трибслюминофора, на который нанесен слой металла . 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885615/25 (22) 24.10.90 (461 15.09.92. Бюл. ¹ 34 (71) Одесский государственный университет им. И.И.Мечникова (72) И.С.Вакарова, Л.И.Емельченко, С.Н.Кравченко и Л.П,Макарова (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 263950, кл. G 01 1 23/10, 1969.
Авторское свидетельство СССР
¹ 529385, кл. G 01 1 23/10, 1975.
Изобретение относится к области измерения, в частности к измерениям ударновол нового и массового воздействий микровзры ва.
Известен пьезоэлектрический датчик импульсных давлений, содержащий размещенные в корпусе чувствительный пьезоэлектрический элемент и акустический волновод, последний снабжен выполненным за одно целое с ним расширителем с развитой рассеивающей поверхностью.
Наиболее близким техническим решением является малоинерционный пьезоэлектрический датчик для измерения импульсныхдавлений, пригодныйдля индикации ударно-волнового и массового воздействий, возникающих в результате микровзрыва. В этой конструкции кристалл прикрепляется к волноводу большего сечения, что приводит к радиальному рассеиванию акустических возмущений и позволяет уменьшить размеры датчика в целом.
„„5U„, 1762198 А1
Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент индикатора ударноволнового и массового воздействий выполнен в виде прозрачной подложки со слоем трибслюминофора, на который нанесен слой металла. 2 ил. Недостатками известных индикаторов с пьезоэлектриком в качестве чувствительного элемента являются низкая помехоустойчивость, что снижает точность индикации воздействия. Низкая помехоустойчивость связана с тем.что чувствительный элемент и источник ударной волны, возникающей в результате микровзрыва должны находиться на достаточно малом расстоянии друг от друга (3 10 м). При этом в электрической цепи наряду с полезным сигналом, ре- Q гистрируется пгразитный сигнал. QQ Появление этого паразитного сигнала обусловлено быстрым изменением тока от максимального значения до нуля в момент обрыва электрической цепи источника микровзрыва. Это существенно снижает точность определения времени прохождения ударной волной расстояния между источником микровзрыва и чувствительным элементом индикатора. Регистрация массового воздействия, проводимая в условиях глубокого вакуума (р 10 глм рт.ст.) практиче-в 1762198 ски невозможна, т,к. массовое воздействие осуществляется раскаленной парокапельной смесью, температура которой достигает 8000 К, в то время как разогрев пьезоэлемента до 400 К приводит к потере чувстви- 5 тельности пьезоэлемента из-за невысокой температуры Кюри (379 — 423 К). Целью изобретения являе ся повышение точности индикации ударно-волнового и массового воздействия микровзрыва, 10 Указанная цель достигается тем, что чувствительный элемент датчика давления, включающий индикатор изменения давления, расположенный на подложке, предназначенной для передачи сигнала к 15 регистрирующему прибору, подложка выполнена прозрачной, а индикатор представляет собой слой триболюминофора, на который нанесен слой металла, толщина которого выбрана из условия непрозрачности 20 металлического слоя для электромагнитного излучения микровзрыва, но не более 1х х10 м, При срабатывании источника микровзрыва из небольшого объема выделяется 25 энергия, которая распределяется по следующим каналам: 1) ударная волна, 2)массовое воздействие, 3) электромагнитное излучение в види- 30 мой и ближней инфракрасной областях спектра. Для того, чтобы излучение, появляющееся в результате микровзрыва, не попадало на регистратор необходимо нанести на слой триболюминофора слой металла, такой 35 толщины d, чтобы чувствительный элемент индикатора стал непрозрачным, Используя известное условие прозрачности металлического слоя! пош 1 — R e 2 I Откуда нижняя граница для толщины металлического слоя определяется из условия, (I< — коэффициент поглощения, à R — коэффициент отражения металла) d > — In(— ). 1 С j< (1 )2 (4) K — 146+18 421 1 107 1 10 м. 1,16 10 При этом значении толщины знаменатель в (1) равен 1, а отношение 1прящ/!пад =,Ф С другой стороны установлено, что с увеличением толщины металлического слоя падает чувствительность триболюминофора к механическому возбуждению, Проведенные исследования показали, что для целого ряда металлов, например Al, Cu, чувствительность люминофора к механическому воздействию уменьшается в 2 раза при толщине металла 1 10 м. Поэтому в качестве верхней границы необходимо брать толщину металлического слоя d < 10 м. Таким образом для выполнения требований, изложенных выше. толщина металлического слоя выбирается из условия непрозрачности этого слоя для электромагнитного излучения микровзрыва, но не более 1 ° 10 м, На фиг. 1 схематически изображен чувствительный элемент индикатора ударноволнового и массового воздействий. На прозрачной подложке 1 расположен слой триболюминофора 2, на поверхность которого нанесен слой металла 3, толщиной d, выбираемой из условия непрозрачности металлического слоя для электромагнитного излучения, но не более 1 10 м. Примером конкретного исполнения служит триболюминофорная панель, представляющая собой пластину из стекла,.на которую нанесен слой; триболюминофора марки ЗЛС-580 В, толщинои 10 5 м с максимумом излучения Я = 600 нм. На поверхность триболюминофора напылен слой алюминия, требуемая толщина которого рассчитана из условия непрозрачности. Для алюминия коэффициент отражения R для видимой и ближней инфракрасной областей спектра R=0,954, К=1 16 10 1/м. Отношение Inpour/1пад. выбирается равным 108, Тогда нижняя граница толщины алюминия равна 1762198 =10 для микровзрыва означает полную не-8 прозрачность слоя при толщинах алюминия -7 d > 10 м. Поэтому в используемом чувствительном элементе индикатора толщина металлического слоя. была выбрана из неравенства 1 107 м < CI < <10 6 м и равна d = 2 10 м. Индикация ударно-волнового и массового воздействия осуществляется следующим образом. На измеренном расстоянии I от источника микровзрыва установлен чувствительный элемент индикатора ударноволнового и массового воздействий микровэрыва, таким образом, что со стороны металлического слоя расположен источник микровзрыва, а со стороны стеклянной подложки установлена регистрирующая система, например ФЭУ, соединенный с запоминающим осциллографом. В качестве источника микровзрыва использован полупроводниковый КСДИ резистор, работающий в режиме теплового пробоя. Ударная волна, образовавшаяся в результате микровзрыва, распространяется в среде в направлении чувствительного элемента. При достижении его металлического слоя 3 наступает его деформация, которая передается через слой металла 3 слою триболюминофора 2. Слой триболюминофора 2 в результате механического воздействия начинает люминесцировать в месте удара, Полученный оптический сигнал сквозь стеклянную подложку 1 попадает на регистрирующую систему (не показано). На фиг. 2 представлена типичная осциллограмма индикации ударно-волнового или массового воздействий, где 1 — зависимость силы тока от времени в электрической цепи КСДИ-резистора (максимальное значение I (t) соответствует наступлению взрыва; 2 — напряжение с 5 регистрирующего устройства, пропорциональное ударно-волновому или массовому воздействию на чувствительный элемент. По этой осциллограмме определяется время t прохождения ударной волной или летящей 10 массой расстояния I. По измеренному значению определяются скорость распространения ударной волны. энергия, затрачиваемая на образование ударной волны, при проведении эксперимента в ва15 куумной камере определяется массовая скорость микровзрыва. Использование чувствительного элемента данной конструкции позволяет повысить точность измерения времени 20 распространения ударной волны или массового воздействия на 20";ь. Формула изобретения. Чувствительный элемент датчика давления, включающий индикатор изменения 25 давления, расположенный на подложке. предназначенной для передачи сигнала к регистрирующему прибору, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности индикации ударно-волнового и 30 массового воздействия микровзрыва, под.ложка выполнена прозрачной, а индикатор представляет собой слой триболюминофора, на который нанесен слой металла, толщина которого выбрана из условия 35 непрозрачности металлического слоя для электромагнитного излучения микровзрыва, но не более 1 10 м. 1762198 Составитель И. Вакарова Техред М.Моргентал Корректор И. Шулла Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3255 Тираж Подписное 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
