Способ динамической градуировки датчиков давления и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН ПИСАНИЕ ИЗОБРЕЛ ия по нормали к пло.Н.Меркурьев юл, 9сов и8. 8)ехника перимента идетельство СССРС 011. 27/00, 198 УИРОВК 10 ДЛЯ к контрои позволя повысить С лазера о излуче авления вателем акустиОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТ НРЫТИЙ(54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГР ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙС ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится льно-измерительной технике ет уменьшить погрешность и достоверность градуировки.1 направляют поток лазерног ния параплельно плоскости д датчика 4 давления. Формиро 3 формируют импульсный пото кости воспринимающего давления датчика 4, с которого сигнал поступает на усилитель-преобразователь 5, гдепреобразуется в электрический сигналзаданного уровня и поступает на блок7 интегрирования со сбросом. Тамформируется сигнал, отражающий переходную характеристику датчика 4 давления. Переходная характеристика фиксируется регистратором 9. Сигнал с усилителя-преобразователя 5 поступает также на преобразователь 6 фурье, гдеформируются сигналы, отращающие амплитудно-частотную и фазо-частотнуюхарактеристики, фиксируемые регистрами 10 и 11. Электрическая связьлазера 1 с блоком 7 интегрирования икоррелятором 8 необходима для согласования работы измерительной системыустройства, 3 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил,125588 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именнок способам динамической градуировкидатчиков давления и устройствам ихосуществления.Цель изобоетения - уменьшение погрешности и повышение достоверностиградуировки.Сущность способа заключается вследующем.Импульс давления задают путем создания ударной акустической волны импульсным лазером. Для этого направляют поток импульсного лазерного излучения параллельно плоскости воспринимающего давление элемента датчика.Фокусируют этот поток в точку нацентральной нормали восприпима 1 ощегоцавление элемента на расстоянии отего центра. Обеспечивают энергетическую освещенность в фокусе до созданияпробоя воздуха и ударной акустическойволны. Это достигается при уровняхгэнергетической освещенности 10 Вт/и,что обеспечивается совремепными импульсными лазерами в сочета 1 ии с соответству 1 ощцми оптическими систамамп.Далее Форм 11 ру 1 от цмпутп спый 11 отокакустического излучения по 1 ормалик плоскостп воспринимающего давлениеэлемента датчика с длительност 11 о импульса 1 и регистрируют реакц 11 одатчика давления на воздействие импульсного акустического излучения,Длительность т, импульса лазерногоизлучения определяют из соотношения=0,08/Г,где Е максимальна 51 1 астота при 1" радуировке,Расстояние от точки Фокуса до центравоспринимающего давление элемента срадиусом г определяют как1.=юг Й,где 1 с=0,03-0,05 - коэффициент, зависящий От точности градуировки.На Фиг.1 показано устройство, реализующее способ; на Фиг,2 - конструкция Формирователя; а фиг.З - ТО же, вид сверху; на Фиг.4 - вариант конст". рукции формирователя; на Фиг,5 - то же, вид сверху..5 стройство состОцт цз импульсного лазера 1 с фокусирующим блоком 2 и формирователем 3, расположенных на одной оптической оси, Формирователь 3 акустически связан с воспринимающим давление элементом датчика 4 давления. Датчик 4 давления электрическис.вязан с усилителем-преобразователем5, выход которого связан с входомпреобразователя Фурье б и первыми 5 входами блока 7 интегрирования сосбросом и коррелятора 8.Вторь 1 е входы блока 7 интегрирования со сбросом и коррелятора 8 соединены между собой и электрическимвыходом импульсного лазера 1, Выходблока 7 интегрирования со сбросомсоединен с первым регистратором 9.Первый и второй выходы преобразователя Фурье 6 подключены соответственнок второму и третьему регистраторам10 и 11. Выход коррелятора 8 соединен с четвертым регистратором 12.Устройство работает следующим образом.С импульсного лазера 1 направляютпоток импульсного лазерного излученияпараллельно плоскости госпринимающегодавление элемента датчика 4 давления,Фокусируют этот поток Фокусирующим блоком 2 в точку на пересечении с центральпой норма 11 ь 1 о ьосприпимающего давлсние элеме 11 та, Обеспечи 1 за 1 от энергетическу 1 о освещенность в фокусе17, 70Вт/м дс созда 1 и 1 я пробоя возду ",".;. и ударной акустической волны. Формирователем 3 Формируют импульсный;.оток акустического излучения по нормали к плоскости воспринимающего давление элемента датчика 4 давления с 3 длительность 1 о импульса, С датчика 4павления сигнал поступает на усилитель-преобразовате 1 ь 5, гце сигналс датчика преобразуется в электрический сигнал зацапного уровня, С усили.б теля-преобразователя 5 электрическийсигнал поступает на блок 7 интегрирования со сбросом, где Формируетсясигнал, отражающий переходную характеристику датчика 4 давления. Пере- .5 ходная характеристика фиксируетсяпервым регистратором 9. Сигнал с усилителя-преобразователя 5 поступает;акже па преобразователь Фурье 6,на двух выходах которого формируются г;0 сигналы, отражающие амплитудно-частотную и Фазо-частотную характеристик 11,. Фиксируемые соответственно вторыми третьим регистраторами 10 и 11,Креме того, сигнал с усилитег 1 я-преобразователя 5 поступает на коррелятор8, на выходекоторого Формируетсясиг;ал, отражающий импульсную характеристику датчика 4 давления. Карре 1255881лятор 8 дает возможность получениядостоверной информации при малых отношениях сигнал/шум. Электрическаясвязь импульсного лазера 1 с блоком7 интегрирования со сбросом и коррелятором 8 необходима для согласованной работы измерительной системыустройства.Длительность 7 импульса лазерногоизлучения определяют из соотношения 10С =0,08/Г,где г - максимальная частота при градуировке.Расстояние 1, от точки Фокуса до центра воспринимающего давление элемента 15с радиусом г определяют как1. =юг й,где Е=О,ОЗ - 0,05 - коэффициентзависящий от точностиградуировки. ЮКоэФфициент 0,08 и 0,03 - 0,05 выбраны из условия обеспечения динамической градуировки датчиков давления спогрешностями, не превышающими 0,5 - 1 ,В устройство для реализации спосо ба динамической градуировки датчиковдавления предложено выполнение формирователя 3 (фиг.1) в виде рефлектора(фиг.2). Со стороны одного торца 131рефлектора имеется выемка, образующая 30акустическую полость 14, ограниченнуюотражающей поверхностью 15 параболи-ческой формы. В корпусе 16 перпендикулярно торцовой поверхности со стороны расширенной части акустическойполости 14 выполнена центральная оптическая щель 17 на глубину радиусаК торца и длиной ь центрального осевого размера акустической полости 14.На поверхность 15 акустической полос-щти 14 напротив оптической щели 17нанесено оптически поглбщающее покрытие 18. Между другим торцом 19 корпуса 16 и суженной частью акустической полости 14 по оси, перпендикулярной направлению оптической щели17, выполнено сквозное отверстие 20для осуществления поворота рефлектора. Фокусное расстояние рефлектораопределяется из соотношения 50Р =г /42,где 2 - коэффициент, определяемыйуглом поворота рефлектора,г - радиус воспринимающего давления элемента датчика давления.Устройство с формирователем, выполненным в виде описанногО рефлектора, работает следующим образом. Импульсный луч лазера попадает черезоптическую щель 17 в акустическуюполость 14, Оптический фокус лазерно-,го луча находится внутри акустическойполости 14, В результате созданияпробоя воздуха образуется ударнаяволна, которая формируется с помощьюотражающей поверхности 15 параболической формы в параллельный пучокимпульсного акустического излучения,чем улучшается форма импульса и эксплуатационные качества устройства, атакже улучшаются метрологические характеристики. Наличие оптически поглощающего покрытия 18 дает возможность исключить влияние волн отражения, могущих улучшить Форму акустического пучка, Оптическая щель 17дает возможность не только упроститьнастройку акустической системы устройства, но и осуществлять градуировку датчиков давления при разном угловом направлении акустического пучкаизлучения по отношению к поверхностивоспринимающего давление элементадатчика. Для осуществления поворотарефлектора используется сквозное отверстие 20.На фиг.З показана конструктивнаясхема другого выполнения Формирователя в виде рефлектора. В этом рефлекторе оптическая щель 21 выполненасквозной. Таким образом, отпадаетнеобходимость в оптически поглощающем покрытии 18,Формула из обретения1. Способ динамической градуировки датчиков давления, заключающийся в создании давления на воспринимающий элемент датчика, регистрации реакции датчика на воздействие импульса давления и обработке сингалов для получения динамических характеристик, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности и повышения достоверности градуировки, направляют поток импульсов лазерного излучения параллельно плоскости воспринимающего элемента фокусируют этот поток в точку на центральной нормали воспринимающего давление элемента, смещенную на расстояние от его центра, обеспечивает энергетическую освещенность в фокусе до возникновения пробоя воздуха и ударной акустической.12558 10 5волны, формируют импульсный поток акустического излучения по нормали к плоскости воспринимающего элементал датчика с длительностью импульса с и для регистрации реакции датчика давления на импульс давления используют воздействие акустического излучения, при этом длительность Г импульса лазерного излучения выбирают из соотношения- =0,08 К,где Й - максимальная частота при градуировке,а расстояние Ь от точки фокуса доцентра воспринимающего элемента срадиусом г выбирают какЬ = 1 сгйгде 1=0,03-0,05 - коэффициент, зависящий от точностиградуировки. 202. Устройство для динамическойградуировки датчиков давления, содержащее импульсный лазер с фокусирующей системой, усипитель-преобразователь, первый и второй регистраторы, 25о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью уменьшения погрешности, онодополнительно снабжено формирователем, преобразователем Фурье., блокоминтегрирования со сбросом, коллектором,. третьим и четвертым регистрато-рами, при этом импульсный лазер сфокускрующей системой и формировательрасположены на одной оптической оси,усилитель-преобразователь выходомсвязан с входом преобразователя. Фурьеи первыми входами блока интегрирования со сбросом и коррелятором, вторые входы которых соединены между 81 ьсобой и с электрическим выходом импульсного лазера, выход блока интегрирования со сбросом соединен с первым регистратором, первый и второйвыходы преобразователя Фурье подключены соответственно к второму и третьему регистраторам, а выход коррелятора соединен с четвертым регистратором.3, Устройство по п.2, о т л и -Фч а ю щ е е с я тем, что формирователь выполнен в виде рефлектора, на оцном торце корпуса которого выполнена выемка, образующая акустическую полость, ограниченную акустической отражающей поверхностью параболической формы, в корпусе перпендикулярно поверхности со стороны расширенной части акустической попости выполнена центральная оптическая щель на глубину радиуса торца и длинуцентрального осевого размера акустической полости, на поверхность которой напротив оптической щели нанесено оптически поглощающее покрытие, между другим торцом корпуса и суженной частью акустической полости по оси перпендикулярно направлению оптической щели выполнено сквозное отверстие, а фокусное расстояние Ф рефлектора удовлетворяет соотношению Ф=г /4 Ь,где Ь - коэффициент, определяемый углом поворота рефлектора,г - радиус воспринимаемого элемента датчика давления. 4. Устройство по пп, 2 и 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в нем оптическая щель выполнена сквозной.