4.2.2. Магнитоэлектрический метод
Магнитоэлектрический метод регистрации профилей массовой скорости U(t) в диэлектрических материалах основан на возникновении ЭДС в проводнике, движущемся в магнитном поле [1, 25].
Магнитоэлектрический датчик представляет собой П-образную полоску из тонкой проводящей фольги Экспериментальная сборка размещается в однородном магнитном поле, создаваемом стационарным электромагнитом или одноразовым соленоидом (рис.4.24). Датчик ставится таким образом, чтобы его перекладина, являющаяся чувствительным элементом, была направлена перпендикулярно силовым линиям поля и параллельно фронту ударной или детонационной волны. При прохождении ударной или детонационной волны по веществу датчик вовлекается в движение вместе с окружающим его веществом или продуктами взрыва; ЭДС, возникающая в датчике в результате пересечения магнитных силовых линий, записывается на осциллографе. Предполагается, что датчик безинерционный, т.е. в каждый момент времени его скорость равна массовой скорости вещества.
При движении в магнитном поле проводника в нем наводится ЭДС индукции Е, которая связана со скоростью движения u проводника, его длиной l и напряженностью Н магнитного поля соотношением:
Е(t)=Нlu10-8
Рис.4.24. Схема регистрации профилей массовой скорости магнитоэлектрическим методом.
В первых экспериментах [1] магнитоэлектрические датчики изготовлялись из медной фольги толщиной 0,3 мм. Большая интерционность таких датчиков приводила к завалу фронта осциллограмм и занижению массовых скоростей. Экспериментальная проверка [29, 30] показала, что оптимальными являются алюминиевые датчики толщиной 0,1 мм. Дальнейшее уменьшение толщины нецелесообразно, так как датчики часто рвутся продуктами взрыва и становится заметным влияние собственной проводимости продуктов взрыва .
Характерные осциллограммы записи профилей массовой скорости в веществах приведены на рис.4.25.
Рис.4.25. Схема постановки опыта (а) и осциллограммы (б) двухволнового профиля в KCl.
Магнитоэлектрический датчик, установленный внутри заряда ВВ, записывает профиль массовых скоростей за фронтом набегающей детонационной волны. В [31] описан способ регистрации с помощью магнитоэлектрического датчика обратной волны разрежения. К торцу заряда приставлялся блок из парафина, обладающего меньшей динамической жесткостью, чем продукты взрыва. Волна разрежения, возникающая в результате отражения детонационного фронта от встречной волны к датчику увеличивает его скорость, и на профиле U(t) возникает характерный подъем. Измеренные в экспериментах времена движения обратной волны позволили рассчитать скорости звука в волне разрежения и, используя уравнение состояния Ландау-Станюковича, найти распределение плотностей и давлений за фронтом детонации.
В процессе развития магнитоэлектрического метода предлагались и экспериментально проверялись датчики разных модификаций - П-образные датчики, ступенчатые датчики, позволяющие одновременно регистрировать волновую и массовую скорости, стременные датчики в виде диска из тонкой фольги с подсоединенными к нему проволочными выводами. В [32] описано применение многоканальных измерительных систем, в которых исследуемый заряд составляют из нескольких дисков ВВ с размещенными между ними плоскими магнитоэлектрическими датчиками. В другом варианте комплект плоских датчиков объединяется в единый пакет, устанавливаемый в разъемном заряде под углом к набегающему потоку. Элементы пакета находятся на различной глубине в потоке, и эта глубина может легко регулироваться изменением расстояния между элементами и углом, под которым размещается пакет.
Многоканальные системы весьма информативны, однако их применение не всегда целесообразно. Вмонтированные в заряд датчики, покрытые защитным слоем, вызывают нежелательное возмущение потока. В неустановившихся течениях, например, при эволюции инициирующей ударной волны, эти возмущение могут заметно исказить течение процесса и даже оборвать начавшуюся химическую реакцию. Объединение датчиков в единый пакет позволяет избежать этих трудностей, однако наклонное размещение датчиков, как показано прямыми экспериментами [33], искажает одномерный характер течения и занижает фактические скорости до 10 %.
Временное разрешение магнитоэлектрического метода зависит от ряда факторов: материала датчика, его толщины, расстояния между выводами, кривизны набегающего детонационного фронта, быстродействия регистрирующей аппаратуры. В прецизионных опытах [34] с датчиками толщиной 25 мкм при сложной и чрезвычайно тщательной сборке устройств удалось достигнуть временного разрешения р10 нс.
Магнитоэлектрическая методика широко используется для изучения детонации конденсированных ВВ, определения параметров двухволновых профилей ударного фронта, свидетельствующих о протекании фазового перехода первого рода (КCl, КBr, BN) )[35], изучения волн разгрузки [36].