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放电产生的水下SW的测量方法
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这里是石英厚度(单位:米),s是收集器面积(单位:平方米),Us=5.72×103m/s是石英中的波速(单位:每秒米),k=1.86×10−4C/(m2kPa)是压电系数。考虑到石英和水之间的阻抗失配,确定了水中压力Pw(t):Pw(t)=Pq(t)[(Zw+Zq)/(2Zq)],其中Zw=1.48×106Rayls和Zq=15.3×106Rails分别是水和石英的声阻抗。SW波前速度V通过TOF法确定。我们使用了四个放置在铝制环上的微型压电测量仪CA-1136。仪表以90度角放置◦相对于彼此。我们使用半径为r=25、45、65和85mm的环。在每个距离处,用相同的发电机充电电压和电极之间的相同起爆线产生五次放电。压力表位置处的压力出现相对于导线最大内径的时间延迟τav(所有压力表的平均值)用于获得相关性r=f(τav)。该相关性用于计算SW锋速度V=f(r)。最后,后一种依赖性用于估算圆柱形SW压力振幅Pas[18]:P=P0+0.48ρV(V−c0)(2)这里P0、ρ和c0分别是水的初始压力、密度和声速。让我们注意到,为了减小P的估计误差,探头之间距离的测量误差应最小化。事实上,可以看出相对误差P/P可以表示为第页=五、五、−1.xx年−时间(3) 这里V=V−c0,x是探头之间的距离,t是SW通过距离x所需的时间

76 A.Sayapin等人在探针之间,xand公司对距离和时间t测量中的误差进行称重。我们可以看到,在接近c0的情况下(弱SW的情况下),即使测量x和t时的一个小误差也会导致P中的显著误差。例如,对于V=1.1c0(P≈108Pa)下,P/P相对于x和t的相对误差增加了大约10倍≤0.5%,这是由于CA-1136探头产生的信号幅度大,以及使用的数字化示波器带宽宽。xwas的相对误差测量x/x≤2%,即≤P的20%不确定度(在P范围内≤压电计PCB-119A02和PCB-138A38用于测量SW压力振幅的时间行为。此外,这些探头用于TOF测量。然而,与我们使用CA-1136测量仪时的时间误差相比,最近的测量显示了更大的相对时间误差,这是因为获得的信号的振幅明显更小。这些带有飞灰装置的探头以与其他压力计(碳、石英和TOF压力计)相同的距离放置在充水室的侧面。压力计在高达7×108Pa的压力范围内具有线性灵敏度(1V/108Pa)。然而,这些测量仪的带宽很窄,PCB-119A02和PCB-138A38的线性响应分别为100和500 kHz。后者导致测量波形相对于实际压力波形的显著失真。这与PCB-109A02压力计(敏感元件为石英)更为相关,该压力计比PCB-138A38压力计(灵敏元件为电气石)更便宜,但在几微秒的持续时间内会出现严重的共振,这些共振会落在所研究的压力脉冲的波长范围内。因此,考虑了一种基于能量守恒要求和傅里叶分析的特殊信号处理算法,用于重建压力波波形[12]。在本文中,我们将表明,可以应用简单的经验法则来分析仪表响应,以获得SW压力的振幅。让我们注意,SW参数的测量是在离引出线25–85 mm的距离处进行的。因此,除了所描述的石英探针,相对于具有尺寸的碳电阻和PCB量规,可以忽略入射SW的曲率≤实际上,圆柱形SW与其平面模拟的偏差为≤8×10−3cm,典型尺寸为4mm,放置在距爆炸线25mm处。我们可以粗略估计SW与平面模拟的时间单位偏差为≤15 ns(此处探头材料中的SW速度假定为∼5×105cm/s)。使用快速取景4Quik05A和条纹EOK-XX相机对SW速度进行光学测量。这些测量的目的是确定SW前部与爆炸导线相对较大距离处的压力。由于该方法允许直接观察SW,因此被认为是最可靠的压力测量技术。在条纹相机的情况下,光学设置包括压力测量。在条纹相机的情况下,光学设置由氩荧光灯、成像透镜和倾斜45度的镜子组成◦. 荧光灯用作平行光源,用于形成SW的阴影图像(见图1a)。成像透镜和反射镜用于在流相机的入口狭缝处形成SW阴影的图像。条纹相机和脉冲电流发生器使用时间延迟单元进行同步。在条纹相机时代的荧光显示器上形成的图像使用数字CCD相机存储在PC中。为了在距离放电的距离不同的情况下确定拍摄传播SW的空间,构建了一个特殊的线夹。支架由一个te-fl-on框架组成,橡胶在中间在中间。爆炸线被拉伸到距橡胶所需的距离(图1b)。设置条纹相机,使橡胶的图像出现在荧光屏的中间。因此,通过改变导线爆炸(导线放置在距橡胶不同距离处,用于不同的发电机爆炸)与蒸汽开始之间的时间延迟,可以观察SW和橡胶的交叉点。这种图像的示例如图3a所示。图3是两个与橡胶相交的SW的条纹照片。第一个SW是由直径0.1mm、长度85mm的铜线在Id=20kA下爆炸产生的。第二个SW由等离子体通道(Id=60 kA)产生,该等离子体通道相对于导线爆炸的时间延迟为7µs。b在一次发生器爆炸中,铜线(直径0.1 mm,长度85 mm,Id=20 kA)爆炸产生的aSW的成帧照片序列(曝光时间5 ns,帧间延时400 ns)

由放电产生的水下SW的测量方法77 SW的瞬时速度可以通过从获得的图像中提取波的斜率来确定。获得的速度误差主要是由于图像分辨率限制而产生的,其值为≤1.5%,这导致≤计算压力误差为15%。在快速取景摄影的情况下,4Quik05A取景相机在多帧模式下运行一次发电机拍摄。这允许一个人获得最多10次曝光,持续时间为5ns,彼此之间的时间延迟可变,存储在一帧中(见图3b)。取景照片用于验证SW圆柱度的假设。3实验结果3.1石英量规与其他量规相比,石英量规是唯一在不同实验条件下测试的量规。在这些实验中,我们使用了一个C=10µF的电流发生器,其充电电压高达30 kV(储存能量为4.5 kJ),爆炸铜线直径为0.18 mm,长度为85 mm。在这些发生器爆炸中,导线爆炸和水中等离子体通道形成之间的时间延迟为零。电线爆炸时的电流振幅为Id=40kA,放电通道中的电流最大振幅为90kA,上升时间为∼4.5µs。图4a显示了放置在距爆炸线60 mm处的石英计产生的信号的典型波形。你可以看到,在∼1µs时,获得的信号增加,对应于高达4×107Pa的压力。此外,信号幅度急剧增加和减少。让我们注意到,在每一次发电机爆炸中,石英表都被破坏了。此外,将石英中的压力波速近似等于声波速度∼5.7×105cm/s,可以得到石英量规中的波传播时间为∼1µs。因此,有理由认为,当压力波以显著振幅到达石英样品背面时,所获得信号的急剧增加和减少与压力计的破裂有关。请注意,获得的信号与导线爆炸产生的SW有关。在图4b中,我们展示了石英压力计获得的压力振幅(直到其“击穿”时刻)对离爆炸线距离的依赖性。我们可以看到,在35 mm的距离处,导线爆炸产生的SW的振幅不超过6×107Pa。总结本节,我们可以得出结论,使用石英量规测量由大电流放电产生的水中SW是不方便的,这是因为它们很快击穿,并且在每次发电机爆炸后必须更换新的。此外,尺寸相对较大的石英表不允许使用图1。4a放置在距爆炸线60 mm处的石英表获得的压力的典型波形。b石英压力计获得的压力振幅(直到压力计“破裂”的时刻)与使用它的爆炸线的距离的关系a

 
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