4.1. Дискретные методы измерения волновых и массовых скоростей

При изучении свойств ударно-сжатых веществ наиболее часто измеряются кинематические параметры ударных волн - волновые D и массовые скорости U, определяющие в соответствии с законами сохранения массы, импульса и энергии давление P, плотность и энергию E ударного сжатия, скорости W преград и ударников [1-3]. Эти скорости измеряются путем фиксации временных интервалов, в течение которых ударные разрывы выходят в заданные точки пространства. Приход этих волн фиксируется в помощью специальных датчиков – отметчиков времени, устройство которых обеспечивает возникновение сигналов различной физической природы, записываемых скоростными электронными осциллографами, аналого-цифровыми преобразователями, кинокамерами, фотоприемниками или электронно-оптическими преобразователями.

Наибольшее распространение получили здесь электроконтактные датчики [1-3], срабатывающие в результате пробоя изоляции в контактах, находящихся под электрическим напряжением и расположенных в разных точках на пути распространения ударной волны или летящей пластины. В зависимости от конструкции датчиков разброс моментов их срабатывания может составлять 1-10 нсек. Для контроля разновременности прихода ударных волн и для учета их возможного затухания на одной экспериментальной сборке ставится, как правило 10-15 электроконтактных датчиков, расположенных в нескольких точках контрольных плоскостей и по глубине образца.

При уменьшении интенсивности ударной волны или малых скоростях движения свободной поверхности ударника электроконтактные датчики становятся малоэффективными. Поэтому в области низких давлений лучшие результаты достигаются применением пьезодатчиков, сигналы от которых формируются благодаря пьезоэффекту, возникающему при прохождении волн сжатия по пьезоэлементам [3, 4].

Измерения временных интервалов с помощью фоторегистрирующих приборов – механических фоторегистраторов, фотодиодов, фотоэлементов и электронно-оптических преобразователей – основано на свечении газа в зазорах при прохождении через них ударной волны, на изменении интенсивности свечения при выходе ударной волны на свободную поверхность среды или при торможении летящего тела при столкновении с прозрачной преградой [2, 3].

В этой методике имеется возможность наряду с измерениями скорости контролировать отклонение от одномерности газодинамического течения. В ряде последних экспериментов оптические сигналы подаются на измерительную аппаратуру по калиброванным волоконно-оптическим линиям [5]. Одной из разновидностей прозрачных сред являются среды, разделенные малыми промежутками, вследствие смыкания зазоров под действием движущейся ударной волны [6].

Сходная идея используется для измерения волновых скоростей в пакетах, набранных из тонких металлических пластин [7]. При движении ударной волны по такому пакету изменяется контактное сопротивление между пластинами, что регистрируется осциллографической аппаратурой. Этот способ по существу является дискретным реостатным методом.

В тех случаях, когда на базе измерений происходят заметные изменения скоростей, необходимо использовать непрерывные методы регистрации.

К дискретным методам относятся еще два метода. Первый - импульсный рентгеновский метод, в котором для получения импульсной рентгенограммы снаряда в полете или смешения вещества путем регистрации положения контактных границ или реперов используются рентгеновские трубки, размещенные на известных расстояниях и запускаемые в данные моменты времени [8]. Второй метод - метод прерывания оптического луча, используемый для тех же целей [9]. В нем обычно используются лазеры, фотодиоды и быстрые осциллографы. Недостатком обоих методов является плохое пространственное разрешение из-за наклона поверхностей, поверхностных неоднородностей и беспорядочного вращения снаряда при свободном полете.