Диссертация (1104104), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Ðåçóëüòàòû îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé, âûïîëíåííûõ ñïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-ÖåíäåðàÈçìåðåíèÿ ïðîôèëåé äàâëåíèÿ N -âîëíû ïðîèçâîäèëèñü íà ðàññòîÿíèÿõ â äèàïàçîíå[10 - 100] ñì ìåæäó èñêðîâûì èñòî÷íèêîì è ïðîáíûì ëàçåðíûì ëó÷îì. Íà êàæäîì ðàññòîÿíèè èçìåðÿëîñü 140 ñèãíàëîâ îò ðàçëè÷íûõ èñêð èñòî÷íèêà äëÿ ïîñëåäóþùåãî ñòàòèñòè÷åñêîãî àíàëèçà ðåçóëüòàòîâ. Ïðèìåðû âîññòàíîâëåííîãî ìåòîäîì èíòåðôåðîìåòðàÌàõà-Öåíäåðà ïðîôèëÿ N -âîëíû è îïòè÷åñêîé ðàçíîñòè ôàç ϕàê(t) ìåæäó îïîðíûì è321.51000p, Па5000-500-100010.503-0.5550600t, мкс-1650Ðèñ. 1.14.
Ïðèìåð âîññòàíîâëåííîãî ìåòîäîì èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðàïðîôèëÿ N -âîëíû (÷åðíàÿ êðèâàÿ) è îïòè÷åñêîé ðàçíîñòè ôàç ìåæäó îïîðíûìè ïðîáíûì ëàçåðíûìè ëó÷àìè (ñèíÿÿêðèâàÿ). Ðàññòîÿíèå îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà r = 20 ñì.10 смэксперименттеория15 см2p, кПаопт. фазапрофильфаза, рад.150020 см125 см30 см0-1050100150t, мкс200250Ðèñ. 1.15. Ïðîôèëè N -âîëíû, èçìåðåííûå ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà (ñïëîøíûå ëèíèè) è ðàññ÷èòàííûå ÷èñëåííî (ïóíêòèð).ïðîáíûì ëàçåðíûìè ëó÷àìè íà ðàññòîÿíèè r = 20ñì îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà ïîêàçàíû íà ðèñ. 1.14.
Âèäíî, ÷òî ïðîõîæäåíèå N -âîëíû ñ àìïëèòóäîé 1250 Ïà ÷åðåç ïðîáíûéëàçåðíûé ïó÷îê âûçûâàåò îïòè÷åñêóþ ðàçíîñòü ôàç â ïðåäåëàõ 1 ðàäèàíà.Ïðîôèëè íà ðàçëè÷íûõ ðàññòîÿíèÿõ r îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà ïîêàçàíû íà ðèñ. 1.15.Äëÿ êàæäîãî ðàññòîÿíèÿ r èçìåðÿëèñü ïðîôèëè îò 140 ðàçðÿäîâ èñêðîâîãî èñòî÷íèêà, ïîêîòîðûì íàõîäèëîñü ñðåäíåå âðåìÿ ïðèõîäà âîëíû, à çàòåì âñå ïðîôèëè ñäâèãàëèñü ïîâðåìåíè òàê, ÷òîáû âðåìÿ ïðèõîäà êàæäîé âîëíû ñîâïàäàëî. Ïîñëå ýòîãî ïðîôèëè óñðåäíÿëèñü. Îñîáåííîñòè íåëèíåéíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ N -âîëíû óæå îáñóæäàëèñü ðàíåå ïðèîïèñàíèè øëèðåí-ýêñïåðèìåíòà, îäíàêî îòìåòèì çäåñü åùå ðàç, ÷òî âáëèçè îò èñêðîâîãîèñòî÷íèêà ïðîôèëü âîëíû ñèëüíî íåñèììåòðè÷åí è íàïîìèíàåò ñêîðåå ïðîôèëü âçðûâíîéâîëíû (blast wave), íî ïî ìåðå ñâîåãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïðîôèëü âîëíû âñå áîëåå ñòàíîâèòñÿ ïîõîæèì íà N -âîëíó.×èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå, ïðîâåä¼ííîå â ï.
1.3.4 äëÿ îöåíêè âëèÿíèÿ âðåìåíè ýêñïîçèöèè âûñîêîñêîðîñòíîé êàìåðû, áûëî ïðîâåäåíî òàêæå â ñëó÷àå, êîãäà â êà÷åñòâå íà÷àëüíîãî óñëîâèÿ â îáîáùåííîì óðàâíåíèè Áþðãåðñà èñïîëüçîâàëñÿ èçìåðåííûé ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà ïðîôèëü N -âîëíû íà ðàññòîÿíèè r = 10 ñì îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà. Ðàññ÷èòàííûå ÷èñëåííî ïðîôèëè N -âîëíû íà ðàçëè÷íûõ ðàññòîÿíèÿõ r ïîêàçàíû íàðèñ. 1.15 ïóíêòèðíûìè ëèíèÿìè.
Íàáëþäàåìîå õîðîøåå ñîãëàñèå ìåæäó ïîëó÷åííûìè âýêñïåðèìåíòå è ðàññ÷èòàííûìè ÷èñëåííî ïðîôèëÿìè âîëíû ãîâîðèò î õîðîøåé òî÷íîñòèâîññòàíîâëåíèÿ àêóñòè÷åñêîãî ñèãíàëà ìåòîäîì èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà.Íà ðèñ. 1.16 ñðàâíèâàþòñÿ ïàðàìåòðû ïðîôèëåé N -âîëíû, èçìåðåííûõ ñ ïîìîùüþèíòåðôåðîìåòðà è ïîëó÷åííûõ ÷èñëåííî. Ñðàâíåíèå ïðîèçâåäåíî äëÿ ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî p+ è ïèêîâîãî îòðèöàòåëüíîãî p− äàâëåíèé (à), äëèòåëüíîñòè ôàçû ñæàòèÿ T (á)33(а)210теорияэксперимент24220.6200.40.216204060r, см80100теорияэксперимент0.8180(в)1τ sh, мксp+, теорияp- , теорияp+, эксп.p- , эксп.(б)26T, мксp, кПа30204060r, см8010000204060r, см80100Ðèñ. 1.16. Ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíî è ðàññ÷èòàííûå ÷èñëåííî ïàðàìåòðû N -âîëíû â çàâèñèìîñòè îò ðàññòîÿíèÿ r.
(à) - Ïèêîâîå ïîëîæèòåëüíîå è ïèêîâîå îòðèöàòåëüíîå äàâëåíèÿ,(á) - äëèòåëüíîñòü ôàçû ñæàòèÿ, (â) - øèðèíà óäàðíîãî ôðîíòà.è øèðèíû óäàðíîãî ôðîíòà τsh , îïðåäåëåííîé ïî óðîâíþ îò 10% äî 90% îò ïèêîâîãî äàâëåíèÿ íà ôðîíòå. Îøèáêà, óêàçàííàÿ äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, ñâÿçàíà ñ óñðåäíåíèåìïðîôèëåé îò 140 ðàçðÿäîâ èñêðîâîãî èñòî÷íèêà, è ïîýòîìó îïðåäåëÿåò íå òî÷íîñòü ìåòîäà,à ñêîðåå êà÷åñòâî ïîâòîðÿåìîñòè âîëí, ñîçäàííûõ èñòî÷íèêîì. Õîðîøî âèäíî, êàê ñèëüíî âáëèçè îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà ðàçëè÷àþòñÿ äàâëåíèÿ p+ è p− , è êàê äîñòèãàåòñÿ èõâûðàâíèâàíèå íà ðàññòîÿíèè r = 100 ñì (ðèñ. 1.16 (à)). Óäëèíåíèå ôàçû ñæàòèÿ N -âîëíûïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå ïðîÿâëåíèÿ íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ è àíàëèòè÷åñêè îïèñûâàåòñÿâûðàæåíèåì (1.9).
Íà ðèñ. 1.16 (á) ýòà çàâèñèìîñòü ïîäòâåðæäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîè ÷èñëåííî. Âðåìåííîå ðàçðåøåíèå âîññòàíîâëåííûõ ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà ÌàõàÖåíäåðà ïðîôèëåé îêàçàëîñü ðàâíûì 0.4 ìêñ, ÷òî ïî÷òè íà ïîðÿäîê âûøå âðåìåííîãîðàçðåøåíèÿ ñîâðåìåííûõ êîíäåíñàòîðíûõ ìèêðîôîíîâ (3 ìêñ äëÿ ìîäåëè 4138 Bruel &Kjær). Òåì íå ìåíåå äîñòèãàåìîãî ðàçðåøåíèÿ åùå íå äîñòàòî÷íî äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðîïèñàòü ñòðóêòóðó óäàðíîãî ôðîíòà, ÷òî îòðàæåíî íà ðèñ. 1.16 (â).1.8. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç èñïîëüçóåìûõ îïòè÷åñêèõìåòîäîâ: ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêèÐàññìîòðåííûå â äàííîé ãëàâå îïòè÷åñêèå ìåòîäû âîññòàíîâëåíèÿ ïðîôèëåé äàâëåíèÿ ñîçäàâàåìîé èñêðîâûì èñòî÷íèêîì N -âîëíû ÿâëÿþòñÿ àëüòåðíàòèâîé òðàäèöèîííûìèçìåðåíèÿì ñ ïîìîùüþ êîíäåíñàòîðíûõ ìèêðîôîíîâ.
Îáñóäèì ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ èçìåðåíèé ïðîôèëåé àêóñòè÷åñêèõ ðàçðûâíûõ âîëí â âîçäóõå.Îïòè÷åñêèé øëèðåí-ìåòîä, îïèñàííûé â 1.2 è 1.3, èìååò âðåìåííîå ðàçðåøåíèå,îãðàíè÷åííîå âðåìåíåì ýêñïîçèöèè âûñîêîñêîðîñòíîé êàìåðû (3 ìêñ â ïðîâåäåííîì ýêñïåðèìåíòå). Òàêîå æå âðåìåííîå ðàçðåøåíèå èìåþò è ñîâðåìåííûå êîíäåíñàòîðíûå ìèêðîôîíû Bruel & Kjær. Èçìåðåíèÿ ñ ïîìîùüþ ìèêðîôîíîâ âîçìîæíî ïðîâîäèòü, íà÷èíàÿñ ðàññòîÿíèé 15-20 ñì îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà, ãäå óðîâíè äàâëåíèÿ óæå íå òàê âûñîêè,è ìèêðîôîí îáåñïå÷èâàåò ëèíåéíûé îòêëèê íà âîçìóùåíèå äàâëåíèÿ. Øëèðåí-ìåòîä íåèìååò îãðàíè÷åíèé íà óðîâíè äàâëåíèÿ - ïåðâûé ïðîôèëü N -âîëíû áûë ïîëó÷åí íà ðàññòî34Давление, кПаÿíèè 3 ñì îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà, ãäå íåâîçìîæíû ìèêðîôîííûå èçìåðåíèÿ, ïîñêîëüêóâûñîêèå óðîâíè äàâëåíèÿ ìîãóò ïîâðåäèòü ìåìáðàíó ìèêðîôîíà.
Êîíå÷íî, ìåòîäèêà âîññòàíîâëåíèÿ ïðîôèëÿ N -âîëíû ñ ïîìîùüþ øëèðåí-ìåòîäà íà òàêîì ðàññòîÿíèè (3 ñì)ìîæåò áûòü íå î÷åíü òî÷íîé, íî òåì íå ìåíåå óäàåòñÿ ïîëó÷èòü õîòÿ áû ïðèáëèçèòåëüíûéñèãíàë, êîòîðûé íå ìîæåò áûòü èçìåðåí ìèêðîôîíîì. Åù¼ îäíèì ïðåèìóùåñòâîì øëèðåí-ìåòîäà ïî ñðàâíåíèþ ñ àêóñòè÷åñêèìè èçìåðåíèÿìè ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïðè èçìåðåíèÿõìèêðîôîíîì íåâîçìîæíî äàæå òåîðåòè÷åñêè îöåíèòü èñêàæåíèÿ, âíîñèìûå äèôðàãèðóþùåé íà ïîâåðõíîñòè ìèêðîôîíà âîëíîé, ñïîñîáîì ìîíòèðîâêè ìèêðîôîíà, íåòî÷íîñòÿìèåãî ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêè è ò.ä. Ðàçìûòèå øëèðåí-èçîáðàæåíèÿ ïðîèñõîäèò çà ñ÷¼òóñðåäíåíèÿ èíòåíñèâíîñòè ñâåòà â òå÷åíèå âðåìåíè ýêñïîçèöèè âûñîêîñêîðîñòíîé êàìåðû,ñóòü ýòèõ èñêàæåíèé ÿñíà è îïèñûâàåòñÿ êîëè÷åñòâåííî (ï.
1.3.4). Øëèðåí-ìåòîä èìååòòàêæå íåêîòîðûå ïðåèìóùåñòâà ïî îòíîøåíèþ ê òåõíèêå ñôîêóñèðîâàííîãî òåíåâîãî ìåòîäà, îïèñàííîãî â ðàáîòå Ï.Â. Þëäàøåâà [11]. Êîíòðàñò òåíåâûõ èçîáðàæåíèé ïðîïîðöèîíàëåí âòîðîé ïðîèçâîäíîé äàâëåíèÿ, â òî âðåìÿ êàê êîíòðàñò øëèðåí-èçîáðàæåíèéïðîïîðöèîíàëåí ãðàäèåíòó äàâëåíèÿ, à ïîýòîìó ïîçâîëÿåò âîññòàíàâëèâàòü öåëèêîì âåñüïðîôèëü, à íå òîëüêî óäàðíûé ôðîíò. Îäíàêî òåíåâîé ìåòîä ñ èñïîëüçîâàíèåì íàíîñåêóíäíîãî ñâåòîâîãî èñòî÷íèêà ïîçâîëèë âîññòàíîâèòü óäàðíûé ôðîíò ñ ðàçðåøåíèåì 0,5 ìêñ,÷òî íåäîñòèæèìî â øëèðåí-ìåòîäå. Ïî ïðîâåä¼ííûì îöåíêàì òî÷íîñòü âîññòàíîâëåíèÿïðîôèëÿ ñ ïîìîùüþ øëèðåí-ìåòîäà ñîñòàâëÿåò îêîëî 10-15%.
Îñíîâíûìè èñòî÷íèêàìèîøèáîê ìåòîäà ÿâëÿþòñÿ: 1) èñêàæåíèå ïðîôèëÿ çà ñ÷¼ò êîíå÷íîãî âðåìåíè ýêñïîçèöèèâûñîêîñêîðîñòíîé êàìåðû, 2) ïðåäïîëîæåíèÿ ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêè è ñôåðè÷åñêîé ñèììåòðèè âîëíîâîãî ôðîíòà ïðè îáðàáîòêå äàííûõ, 3) íèçêî÷àñòîòíûé øóì øëèðåí-èçîáðàæåíèé, ñâÿçàííûé ñ ìåäëåííûìè èçìåíåíèÿìè ôîíîâîãî óðîâíÿ èíòåíñèâíîñòè ìåæäóñíèìêàìè, ÷òî ñóùåñòâåííî íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà, 4) íåèäåàëüíàÿ ïîâòîðÿåìîñòü ïàðàìåòðîâ N -âîëíû îò ðàçíûõ èñêðîâûõ ðàçðÿäîâ.Ìåòîä èçìåðåíèÿ, èñïîëüçóþùèé èíòåðôå3ðîìåòð Ìàõà-Öåíäåðà, ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ïåðшлиренинтерферометр2ñïåêòèâíûì èç âñåõ îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ (òåíå1âûå ìåòîäû, øëèðåí-ìåòîäû è èíòåðôåðîìåò0ðèÿ) äëÿ èçìåðåíèé ïðîôèëåé äàâëåíèÿ, ïî−1r = 10 смñêîëüêó ïîçâîëÿåò âîññòàíàâëèâàòü ïðîôèëè200 220 240 260 280 300àêóñòè÷åñêîé âîëíû ñ íàèëó÷øèì âðåìåííûìВремя, мксðàçðåøåíèåì (0.4 ìêñ â ïðîâåäåííîì ýêñïåðèìåíÐèñ.
1.17. Ñðàâíåíèå ïðîôèëåé äàâëåòå). Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî ðàçðåøåíèå îïðåäåëÿåòíèÿ âîëíû, èçìåðåííûõ íà ðàññòîÿíèèñÿ øèðèíîé ëàçåðíîãî ëó÷à â îáëàñòè åãî ïåðår = 10 ñì îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà ñïîìîùüþ øëèðåí-ìåòîäà è èíòåðôåðîñå÷åíèÿ àêóñòè÷åñêîé âîëíîé è ìîæåò áûòü åù¼ìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà.óëó÷øåíî. Òî÷íîñòü ìåòîäà èíòåðôåðîìåòðèè ïîñõåìå Ìàõà-Öåíäåðà ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 2%, ÷òî çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò òî÷íîñòü øëèðåí-ìåòîäà. Åäèíñòâåííûì íåäîñòàòêîì ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî èñïîëüçóåìîå ïðè âîññòà35íîâëåíèè ñèãíàëà ïðåîáðàçîâàíèå Àáåëÿ ïðèìåíèìî òîëüêî äëÿ âîëíîâûõ ôðîíòîâ, èìåþùèõ ñôåðè÷åñêóþ ëèáî öèëèíäðè÷åñêóþ ñèììåòðèþ.
Òàêèì îáðàçîì, ìåòîä îêàçûâàåòñÿîãðàíè÷åííûì ïî ãåîìåòðèè âîëíîâîãî ôðîíòà. Òî÷íîñòü è âðåìåííîå ðàçðåøåíèå ìåòîäà ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü èíòåðôåðîìåòð Ìàõà-Öåíäåðà â êà÷åñòâå ýòàëîííîãî ïðèáîðàäëÿ êàëèáðîâêè øèðîêîïîëîñíûõ ìèêðîôîíîâ.Ýêñïåðèìåíòû ïî èçìåðåíèþ ïðîôèëåé N -âîëíû ñ ïîìîùüþ øëèðåí-ìåòîäà è ñ èñïîëüçîâàíèåì èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà ïðîâîäèëèñü ñ ðàçíèöåé âî âðåìåíè ïðèìåðíî â äâà ãîäà, ïîýòîìó ïðÿìîå ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé ñ ïîìîùüþ ýòèõ äâóõîïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ ìåæäó ñîáîé áûëî çàòðóäíèòåëüíûì - èçìåíèëèñü âíåøíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûå óñëîâèÿ, îò êîòîðûõ ìîæåò ñèëüíî çàâèñåòü àìïëèòóäà âîëíû, áûëè çàìåíåíûýëåêòðîäû èñêðîâîãî èñòî÷íèêà.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
