4.1.2. Пьезоэлектричекие датчики

Для экспериментов при низких давлениях (ниже 5,0 ГПа), когда электроконтактные датчики работают ненадежно, были разработаны пьезоэлектрические датчики [3, 4]. На рис.4.8 показан такой коаксиальный пьезоэлектрический датчик. Подобные датчики не требуют внешнего питания и могут быть выполнены либо в виде разборной конструкции с зажимной пружиной, либо в виде неразборного устройства, показанного на рис.4.8. Точность регистрации времени прихода не ниже 5 нс.

Рис.4.8. Коаксиальный пьезоэлектрический датчик:

1 - пьезоэлектрический кристалл; 2 - медная подложка; 3 - серебряно-эпоксидная паста; 4 - эпоксидная смола; 5 - латунная трубка; 6 - тефлоновая трубка; 7 - латунная проволока.

4.1.5. Электрооптическая методика

Одним из недостатков осциллографического способа регистрации состоит в том, что число импульсов регистрируемых одним прибором, как правило, не превышает 3-4, а расшифровка осциллограмм при практически одновременном срабатывании нескольких датчиков зачастую оказывается невозможной.

Другой способ регистрации временных интервалов – электрооптический. Этот способ регистрации позволяет регистрировать срабатывание нескольких десятков датчиков одним прибором даже при их одновременном срабатывании, благодаря автономности измерительных каналов.

Принцип электрооптического метода измерений заключается в регистрации фотохронографом импульсов света от преобразователя. Преобразователем в рассматриваемом случае является электроискровая установка, преобразующая электрические импульсы от датчиков в световые с помощью специальных искровых промежутков. Искровые промежутки размещаются в одну линию (иногда в две параллельные линии) и проецируются на кадр фоторегистратора таким образом, чтобы линия с изображением искровых промежутков располагалась на кадре перпендикулярно направлению развертки на кадре фоторегистратора.

Точность измерений интервалов времени электрооптическим методом зависит от целого ряда факторов, в том числе, от разрешающей способности фоторегистратора, размеров изображения светящихся искровых промежутков на кадре фоторегистратора, величины разброса во времени пробоя искровых промежутков и т.д.

Точность измерения интервалов времени электрооптическим методом составляет 0,05 мксек, (0,07-0,1) мксек.

В [20] предложено заменить искровые разрядники линейкой из миниатюрных конденсаторов Керра , которые отпираются и пропускают световую вспышку в момент подачи на них электрических импульсов, сформированных контактными датчиками.

Техническим воплощением всех этих задумок стал 50-канальный генератор световых импульсов [9]. Преобразователем электрических импульсов в световые в описываемом приборе служит 52-канальная нитробензольная ячейка Керра с конденсаторами щелевого типа. Получение световых импульсов основано на модулировании проходящих через каналы ячейки Керра световых пучков электрическими импульсами.

Рабочие щели всех конденсаторов ячейки Керра расположены в вертикальной плоскости с шагом 1,5 мм и проецируются на кадр фоторегистратора так, чтобы линия с изображением рабочих щелей была перпендикулярна направлению развертки. На оптической схеме (рис.4.16) для простоты показано только четыре конденсатора 1. Поляризатор 2 и анализатор 3 - общие для всех каналов ячейки Керра и сделаны из поляроидной пленки на триацетатной основе. Источником света 4 служит трубчатая импульсная лампа ИФП-800, имеющая геометрические размеры светящейся части  7х80 мм. Максимальная яркость свечения лампы составляет 510⁹ кд/м². Линза-коллектив 5 направляет световые пучки, прошедшие через каналы ячейки, в объектив фоторегистратора 6.

Рис.4.16. Оптическая схема 50-канального генератора световых импульсов [9]: 1 - конденсатор, 2 - поляризатор; 3 - анализатор; 4 - источник света; 5 - линза-коллектив; 6 - фоторегистратор.

При выбранной ширине рабочих щелей 0,12 мм между плоскопараллельными электродами конденсаторов 1 и длине электродов 18 мм, требуемое для полного открытия каналов ячейки Керра напряжение составляет примерно 400 В. Датчики подключаются к прибору индивидуальными радиочастотными кабелями РК-50-2-11. При работе с контактными датчиками на кабели с прибора подается постоянное напряжение 200 В. При замыкании контактных датчиков в кабелях формируются световые импульсы, которые поступают на соответствующие каналы ячейки Керра почти с удвоенной амплитудой (так как кабели при этом не согласованы) и открывают их на время действия этих импульсов. В случае работы прибора с пьезодатчиками кабели согласовываются со стороны прибора, а питание отключается.

В приборе два крайних канала ячейки Керра используются для нанесения масштаба времени на кадр фоторегистратора одновременно с регистрацией преобразованных от датчиков электрических импульсов. Получение масштабных меток времени основано на модуляции световых пучков от лампы ИФП-800 стабилизованным высокочастотным напряжением [20] от внутреннего генератора с частотой 0,1; 1; 2; 5 или 10 мГц в зависимости от выбранной скорости развертки фоторегистратора.

50-канальный генератор световых импульсов успешно используется в комплекте с фоторегистратором СФР для измерений интервалов времени в диапазоне от 10^-6 до 510^-3 с. Яркость и длительность свечения лампы ИФП-800 варьируется за счет изменения емкости батареи накопительных конденсаторов и балластного сопротивления, включенного в цепь разряда батареи конденсаторов на лампу. Ошибка измерений интервалов времени зависит от разрешающей способности фоторегистратора и синхронности кварцевого генератора меток времени и составляет не более 0,1 % от времени полного кадра на любой скорости развертки СФР. Так при максимальной скорости развертки 3750 м/с (время полного кадра 100 мкс) ошибка измерений не более 0,1 мкс.

Точность фотохронографического метода измерений может быть на порядок повышена применением двухканального датчика времени (ДВ-2) [21], который при совместной работе с фоторегистратором СФР обеспечивает нанесение на рабочий кадр СФР одновременно с исследуемым процессом масштаба времени и отметки времени, связанной с какой-либо определенной фазой исследуемого процесса.

На рис.4.17 приведена типичная фотохронограмма световых импульсов 50-канального генератора.

Рис.4.17. Типичная фотохронограмма световых импульсов. с оптической калибровкой метками времени с частотой 10 МГц.