СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ЧАСТИЦ В ПРОДУКТАХ ДЕТОНАЦИИ И ВЗРЫВА Российский патент 2002 года по МПК G01P5/18 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения скоростей частиц в импульсных потоках при детонационном напылении покрытий и сварке взрывом
Известен способ определения скорости частиц в продуктах детонации, основанный на визуализации движущихся частиц в потоке, регистрации треков частиц на фотопленке путем установки экрана в потоке под углом от 1 до 60 градусов к его направлению и обработке результатов измерений [1].

Недостатком описанного способа является недостаточная достоверность измерений, возникающая из-за возмущающего действия экрана при торможении и повороте частиц вдоль него.

Наиболее близким к изобретению (прототипом) является способ определения скорости импульсного аэродисперсного потока, заключающийся в том, что через импульсный аэродисперсный поток в двух сечениях, задаваемых фотоприемниками, расположенными вдоль потока на известном расстоянии друг от друга и определяющими границы участка измерения скоростей, пропускают световое излучение, измеряют его относительную интенсивность после прохождения через импульсный аэродисперсный поток за период впрыска этого потока, а скорость движения импульсного аэродисперсного потока определяют отношением базового расстояния между двумя сечениями к интервалу времени транспортировки импульсного аэродисперсного потока через эти сечения [2].

Недостатком способа является низкая точность определения скоростей, так как высокотемпературный гетерогенный импульсный поток является объектом излучения светового потока, в результате этого возникает неоднозначность в измерении интенсивности светового потока.

Сущность предлагаемого способа определения скоростей частиц в продуктах детонации и взрыва заключается в том, что в высокотемпературном гетерогенном импульсном потоке оптическими средствами выделяют тепловое излучение частиц и измеряют интенсивность светового излучения частиц в сечениях, задаваемых фотоприемниками, расположенными вдоль потока частиц на известном расстоянии друг от друга и определяющими границы участка измерения скорости частиц, определяют интенсивность потока частиц по интенсивности светового излучения, плотность частиц по разности интенсивностей потока частиц в сечениях, задающих границы участка измерения скорости частиц, а скорость частиц определяют как отношение интенсивности потока частиц во входном сечении к плотности частиц на участке измерения скорости частиц в соответствии с выражением

при этом минимальный интервал времени измерения скорости частиц соответствует времени, необходимому для переноса через заданные сечения потока одинаковых порций частиц:

где j - номер сечения потока, соответствующий выходному сечению измерительного участка, изменяющийся от i+1 до N;
N - количество фотоприемников, равное числу сечений потока;
i - номер сечения потока, соответствующий входному сечению измерительного участка, изменяющийся от 1 до N-1;
L - базовое расстояние между соседними фотоприемниками;
μ_i(t) - интенсивность потока частиц в i-ом сечении потока;
μ_j(t) - интенсивность потока частиц в j-oм сечении потока;
t - произвольный момент времени измерения скорости частиц;
Δt - минимальный интервал времени измерения скорости частиц, соответствующий времени, необходимому для переноса через заданные сечения потока одинаковых порций частиц.

Технический результат - повышение точности за счет дополнительного определения скоростей одинаковых порций частиц в продуктах детонации и взрыва в произвольный момент времени.

Предлагаемый способ определения скоростей частиц в продуктах детонации и взрыва поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства для определения скоростей частиц, реализующего этот способ.

Устройство для определения скоростей частиц в продуктах детонации и взрыва содержит генератор 1 с высокотемпературным гетерогенным потоком 2, оптическую систему 3 с оптическим фильтром, которая проецирует изображение движущегося гетерогенного объекта на линейную матрицу 4 фотоприемника пироэлектрических преобразователей, состоящую из N элементов. Выходы линейной матрицы 4 соединены с входами блока интегрирования 5, состоящего из N элементов, выходы которого подключены соответственно к входам N блоков компараторов 6, каждый из которых состоит из N компараторов. Выходные линии блоков компараторов 6 являются входными для коммутатора 7, переключающего входные линии в количестве N•N на выходные в количестве 2N. Выходные линии коммутатора 7 соединены с входами блока таймеров 8, содержащего N элементов, каждый из которых имеет два входа и один выход. Выходы блока таймеров 8 и блока задания границы участка измерения скорости частиц 9 соединены с входами блока деления 10. Выход генератора 1 дополнительно связан с блоками 5 и 7, а выход блока 9 - с блоком 7.

Устройство для определения скорости частиц в продуктах детонации и взрыва работает следующим образом.

Импульсный генератор 1 высокотемпературного гетерогенного потока 2 в момент начала истечения струи вырабатывает сигнал, обнуляющий интеграторы 5. Высокотемпературный гетерогенный поток 2, вырабатываемый генератором 1, с помощью оптической системы 3, выделяющей тепловой спектр излучения частиц, проецируют на линейную матрицу 4 фотоприемника пироэлектрических преобразователей. После преобразования падающего излучения в электрические сигналы, прямо пропорциональные интенсивности светового излучения, схема опроса линейной матрицы 4 снимает электрические сигналы U_i и подает на блок интегрирования 5, выходные сигналы которого являются входными для блоков компараторов 6, вырабатывающего сигналы включения и остановки отсчета времени блока таймеров 8, синхронизируемого импульсным генератором 1. Сигналы от блоков компараторов 6 поступают к блоку таймеров 8 через коммутатор 7, соединяющий входные линии элемента блока таймеров 8 с выходами элементов блоков компараторов 6 под управлением блока 9. Длительность выходного сигнала блока таймеров 8 однозначно соответствует времени пролета порции частиц сечений, задающих границы участка измерения скорости частиц. Выходные сигналы с блока таймеров 8 подают на блок деления 10, на второй вход которого заводится сигнал с блока задания границы участка измерения скорости частиц 9. Результат деления блока 10 даст регистрируемую скорость порции потока частиц в данный момент времени.

Способ определения скоростей частиц в продуктах детонации и взрыва осуществляется следующим образом. В исследуемом потоке частиц оптической системой 3 выделяют тепловой спектр излучения частиц. Затем падающее излучение с помощью линейной матрицы 4 преобразуют в электрические сигналы U_i, прямо пропорциональные полному потоку регистрируемого излучения в полосе пропускания фотоприемника пироэлектрического преобразователя линейной матрицы 4, в соответствии с выражением

где U_i(t) - выходной сигнал элемента линейной матрицы 4;
i - номер элемента линейной матрицы 4, соответствующий сечению потока частиц, задающего границу участка измерения скорости частиц;
S_Uo - чувствительность элемента линейной матрицы 4;
m - количество частиц, прошедших через сечение i в текущее время;
I_l - мгновенное значение фототока элемента линейной матрицы 4;
I_cp - среднее значение тока элемента линейной матрицы 4;
k=const - константа преобразования;
μ_i(t) - интенсивность потока частиц.

тогда

Так как для гидродинамики сжимаемого потока выполняется условие непрерывности:
μ_i(t) = V_i(t)ρ_i(t), (6)
а плотность потока частиц на участке измерения скорости частиц соответствует условию

то скорость потока частиц находят из выражений (6), (7) при выполнении условия (2):

где j - номер сечения потока, соответствующий выходному сечению измерительного участка, изменяющийся от i+1 до N;
N - количество фотоприемников, равное числу сечений потока;
i - номер сечения потока, соответствующий входному сечению измерительного участка, изменяющийся от 1 до N-1;
L - базовое расстояние между соседними фотоприемниками;
μ_j(t) - интенсивность потока частиц в j-ом сечении потока;
μ_i(t) - интенсивность потока частиц в i-ом сечении потока;
t - произвольный момент времени измерения скорости частиц;
Δt - минимальный интервал времени измерения скорости частиц, соответствующий времени, необходимому для переноса через заданные сечения потока одинаковых порций частиц,
Таким образом, сигнал, переданный с линейной матрицы 4 на блок 5, интегрируется и с помощью блоков компараторов 6 разбивается на сигналы, соответствующие одинаковым порциям частиц, проходящих через сечение. Последовательность сигналов, полученных с помощью элементов блоков компараторов 6 и соответствующих сечениям, задающим границы участка измерения скорости частиц, подаются на блок таймеров 8. При прохождении порции частиц через входное сечение, задающее границу участка измерения скорости частиц, соответствующий элемент блоков компараторов 6 запускает элемент блока таймеров 8 на отсчет времени пролета порции частиц участка измерения, а второй - соответствующий выходному сечению - останавливает при прохождении одинаковой порции частиц через выходное сечение, что соответствует условию (2). Выходная величина поступает на блок деления 10, где происходит деление величины, равной длине участка измерения, задаваемой блоком задания границы участка измерения скорости частиц 9, на величину, полученную с блока таймеров 8 и соответствующую минимальному интервалу времени измерения скорости частиц, необходимому для переноса через заданные сечения потока одинаковых порций частиц, что соответствует условиям (1) и (8).

Преимуществом данного способа является повышение точности за счет дополнительного определения скоростей одинаковых порций частиц в продуктах детонации и взрыва в произвольный момент времени.

Источники информации
1. Способ определения скорости частиц в продуктах детонации: Авторское свидетельство СССР 932401, MKИ G 01 P 3/36, А.А. Гончаров, В.Е. Неделько, Ю. П. Федько, опубл. 30.05.1982, бюл. 20.

2. Способ определения скорости импульсного аэродисперсного потока: Патент Российской Федерации 2147749, МПК⁶ G 01 Р 5/18, 20.04.2000 (прототип).

Изобретение предназначено для использования в измерительной технике для измерения в импульсных потоках. Способ заключается в выделении теплового излучения частиц, измерении интенсивности светового излучения частиц в сечениях, задаваемых фотоприемниками, расположенными вдоль потока частиц на известном расстоянии друг от друга и определяющими границы участка измерения скорости частиц, а также определении интенсивности потока частиц по интенсивности светового излучения, плотности потока частиц по разности интенсивностей потока частиц в сечениях, задающих границы участка измерения скорости частиц, при этом скорость частиц находят как отношение интенсивности потока частиц во входном сечении участка измерения скорости частиц к плотности потока частиц на участке измерения скорости частиц в соответствии с выражением, приведенным в описании. За счет дополнительного определения скоростей одинаковых порций частиц в произвольный момент времени повышается точность. 1 ил.

Способ определения скоростей частиц в продуктах детонации и взрыва, заключающийся в измерении интенсивности светового излучения в сечениях, задаваемых фотоприемниками, расположенными вдоль потока частиц на известном расстоянии друг от друга и определяющими границы участка измерения скорости частиц, отличающийся тем, что интенсивность потока частиц определяют по интенсивности светового излучения при выделении теплового излучения частиц, плотность потока частиц - по разности интенсивностей потока частиц в сечениях, задающих границы участка измерения скорости частиц, а скорость частиц находят как отношение интенсивности потока частиц во входном сечении участка измерения скорости частиц к плотности потока частиц на участке измерения скорости частиц в соответствии с выражением

при этом минимальный интервал времени измерения скорости частиц соответствует времени, необходимому для переноса через сечения, задаваемые фотоприемниками, одинаковых порций частиц

где j - номер сечения потока, соответствующий выходному сечению, задающему границу участка измерения скорости частиц, изменяющийся от i+1 до N;
N - количество фотоприемников;
i - номер сечения потока, соответствующий входному сечению, задающему границу участка измерения скорости частиц, изменяющийся от 1 до N-1;
L - базовое расстояние между соседними фотоприемниками;
μ_i(t) - интенсивность потока частиц в i-м сечении потока;
μ_j(t) - интенсивность потока частиц в j-м сечении потока;
t - произвольный момент времени измерения скорости частиц;
Δt - минимальный интервал времени измерения скорости частиц, соответствующий времени, необходимому для переноса через заданные сечения потока одинаковых порций частиц.