Датчик импульсного давления плазмы

(51)01 23/10 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДАТЧИК ИМПУЛЬСНОГО ДАВЛЕНИЯ ПЛАЗМЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чумаков Александр Никитич Босак Николай Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Датчик импульсного давления плазмы, содержащий последовательно соединенные изолирующий слой, чувствительный пьезоэлемент и акустопровод, отличающийся тем,что содержит соединенную с изолирующим слоем металлическую мишень, а также два одинаковых конденсатора, соединенных с электрическими выводами пьезоэлемента и мишенью каждый, резонансная частота которых составляет не менее 109 Гц, а емкость С задается формулой, где- входное сопротивление измерительного устройства, а- длительность воздействующего на мишень лазерного импульса. 8405 1 2006.08.30 Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению импульсного давления в плазме. Например, на металлических мишенях, облучаемых импульсным лазерным излучением в условиях образования приповерхностной плазмы. Известен датчик импульсного давления 1, содержащий пьезоэлектрический преобразовательный элемент, закрепленный на торце акустического волновода из материала,имеющего равное с веществом пьезоэлемента акустическое сопротивление. Недостатками данного датчика являются невысокая точность измерений давления и высокий порог чувствительности из-за искажений полезного сигнала вследствие возврата упругой волны, отраженной от торца волновода, а также вследствие возникновения электрической помехи при контакте внешнего вывода датчика с плазменным образованием. Кроме того, такой датчик будет давать большую погрешность при регистрации волн давления с неплоским волновым фронтом, так как измеряемое возмущение поступает непосредственно на плоскую поверхность чувствительного элемента. Известен также датчик импульсного давления 2, содержащий пьезоэлектрический преобразовательный элемент, закрепленный на торце акустического волновода из полимерного материала с твердым металлическим наполнителем. Недостатками данного изобретения являются невысокая точность измерений давления и высокий порог чувствительности вследствие электрических помех, обусловленных наведенными электрическими потенциалами при лазерном воздействии на мишень в условиях образования плазмы. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является датчик импульсного давления 3, состоящий из воспринимающего акустического стержня, выполненного из диэлектрика, пьезоэлемента и волновода, являющегося акустопроводом и выполняющего функции демпфера. Недостатком данного устройства является невысокая чувствительность измерения давления в условиях контакта датчика с плазмой, обусловленная возникновением токов с поверхности датчика в плазму, которые наводят на датчике быстроменяющиеся во времени потенциалы со значительной амплитудой, резко возрастающей при уменьшении плотности окружающего газа 4. Задачей данного изобретения является создание датчика импульсного давления плазмы, обладающего высокой точностью измерения давления за счет минимизации сигнала помехи, обусловленной возникновением на мишени электрических потенциалов при ее контакте с плазмой, особенно значительных в условиях образования приповерхностной лазерной плазмы. Для решения поставленной задачи предложен датчик импульсного давления плазмы,содержащий последовательно соединенные изолирующий слой, чувствительный пьезоэлемент и акустопровод. Новым, по мнению авторов, является то, что датчик содержит соединенную с изолирующим слоем металлическую мишень, а также два одинаковых конденсатора, соединенных с электрическими выводами пьезоэлемента и мишенью каждый, резонансная частота которых составляет не менее 109 Гц, а емкость С задается формулой, где- входное сопротивление измерительного устройства, а- длительность воздействующего на мишень лазерного импульса. Предлагаемое устройство изображено на фигуре, где 1 - мишень, 2 - изолирующий слой, 3 - чувствительный элемент, 4 - акустопровод, 5 - конденсаторы, 6 - электроды пьезоэлемента. Устройство работает следующим образом. Ударная волна, инициируемая лазерным пробоем воздуха вблизи мишени или лазерным воздействием на металлическую мишень,распространяется от мишени к акустопроводу и, достигая чувствительного элемента (пьезоэлемента), вызывает появление на электродах пьезоэлемента напряжения, пропорционального давлению на поверхности мишени, которое является полезным сигналом. Однако плазма на поверхности мишени вызывает появление эмиссионных токов, создающих 2 8405 1 2006.08.30 электрические наводки 4 на датчике давления, которые являются сигналами помехи. Для их ослабления в заявляемом устройстве используется пара конденсаторов, назначение которых - уменьшить напряжение наводки и передать его на выводы чувствительного элемента синфазно, чтобы при дальнейшем усилении полезного сигнала, получаемого как разности потенциалов на выводах чувствительного элемента, исключить сигнал электрической наводки. Такое исключение (вычитание) сигнала электрической наводки будет тем полнее, чем точнее обеспечивается симметричность емкостных сопротивлений между мишенью и выводами чувствительного элемента. Более чем десятикратное ослабление электрической наводки достигается при использовании двух одинаковых конденсаторов с резонансной частотой не ниже 109 Гц (в частности, с керамическим изолятором) и емкостью С, превышающей в несколько раз собственную емкость между мишенью и электродом чувствительного элемента, однако достаточно малой (50-100 пф), чтобы без заметных искажений пропускать высокочастотный сигнал наводки. Последнее ограничение можно записать в следующем виде, где- входное сопротивление измерительного устройства, а- длительность лазерного импульса. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую точность и более низкий порог измерения импульсных давлений в плазме за счет уменьшения сигнала помехи, обусловленной наведенными на датчике потенциалами вследствие его контакта с плазмой. Источники информации 1. Нестерихин Ю.Е., Солоухин Р.И. Методы скоростных измерений в газодинамике и физике плазмы. - М. Наука, 1967. - 172 с. 2. А.с. СССР 723416, МПК 01 23/10, 1980. 3.1323880 А 1, 1987. 4. Дмитриев И.А., Киселевский Л.И., Шкурко В.В. Исследование потенциала изолированной мишени при лазерном воздействии в вакууме // Журнал прикладной спектроскопии. - Т. 48. -6. - 1988. - С. 909-912. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3