Система для визначення параметрів джерела енерговиділення

Реферат: Система для визначення параметрів джерела енерговиділення містить передавач з передавальною антеною, приймач з приймальною антеною, вимірник фазового зсуву електромагнітних хвиль, з'єднаний з виходами передавача і приймача, реєстратор. Оснащена вимірником доплерівського зсуву частот, з'єднаним з виходами передавача і приймача, вимірником часу запізнювання між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою, збудженою в плазмі джерела енерговиділення, включеним паралельно приймачу, який настроєний на частоту сигналу передавача і його другу гармоніку. Як реєстратор встановлено інтегратор, з'єднаний з виходами приймача, вимірника фазового зсуву електромагнітних хвиль, вимірника доплерівського зсуву частот і вимірника часу запізнювання між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою. UA 74116 U (54) СИСТЕМА ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГОВИДІЛЕННЯ UA 74116 U UA 74116 U 5 10 Пропонована корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана переважно для визначення параметрів джерела енерговиділення, робота якого супроводжується утворенням високотемпературної плазми. Відомі технічні рішення, засновані на вимірі власного випромінювання плазми [1]. Недоліком такого пристрою є те, що він тільки якісно оцінює інтенсивність джерела енерговиділення і не дозволяє визначити його параметри. Відомий пристрій, що містить НВЧ передавач і НВЧ приймач, що визначає параметри плазми по проходженню крізь нього НВЧ випромінювання, створеного передавачем [2]. Недоліком цього пристрою є громіздкість і неточність виміру параметрів. Відомий пристрій для дослідження параметрів плазми [3]. Пристрій складається з генератора НВЧ хвиль і серії приймачів. Здійснюється похиле зондування відомої і плоскої границі плазми і приймання відбитих сигналів. Відома геометрія нерухомої плазми дозволяє відновити профіль щільності плазми nr  . Недоліком відомого пристрою є те, що за його допомогою не можна визначити температуру 15 20 середовища Tr  і швидкість розширення плазми, тому що відсутня можливість знайти енерговміст плазми. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, є система для визначення параметрів джерела енерговиділення, опис якої дано в роботі [4]. Система, що прийнята як прототип, складається з передавача, приймача, антенних пристроїв, вимірника фазового зсуву між падаючою хвилею і тією, що пройшла, та реєстратора. Вимірник фазового зсуву підключений до передавача і приймача. Дана система дозволяє оцінити параметри плазми (щільність і її розподіл у просторі) по проходженню електромагнітних хвиль крізь середовище. Робота відомої системи відбувається в такий спосіб. Проходження хвилі крізь плазму супроводжується фазовим зсувом  0 відносно хвилі, що поширюється у вільному просторі 25 30 (або в каліброваному хвилеводі). Величина  0 однозначно пов'язана з щільністю іонізованого середовища (і з потужністю джерела випромінювання) і визначається за допомогою реєстратора (осцилографа). Недоліками відомої системи для визначення параметрів джерела енерговиділення є порівняно невисока точність визначення енерговмісту плазми джерела енерговиділення, тому що по величині фазового зсуву  0 система дає усереднене значення щільності плазми nr  по довжині поширення. Крім того, величина температури плазми Tr  повинна бути визначена іншими пристроями (наприклад, оптичними). Після поєднання і приведення отриманих даних можна оцінити енерговміст плазми Wпл і потужність джерела, що її створило   Wпл  nr Tr dV  n Tr dV 35 40 45 50 55 , де V - обсяг плазми. Відзначимо, що для нестаціонарної плазми, що рухається у просторі, розглянута система не дозволяє визначити частку кінетичної енергії плазми, що поширюється. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити систему для визначення параметрів джерела енерговиділення шляхом збудження в плазмі другої гармоніки сигналу передавача, що дозволяє підвищити точність виміру енерговмісту плазми і визначити параметри джерела енерговиділення. Поставлена задача вирішується тим, що в систему для визначення параметрів джерела енерговиділення, що містить передавач з передавальною антеною, приймач з приймальною антеною, вимірник фазового зсуну електромагнітних хвиль, з'єднаний з виходами передавача і приймача, і реєстратор, введено вимірник доплерівського зсуву частот, з'єднаний з виходами передавача і приймача, вимірник часу запізнювання між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою, збудженою в плазмі джерела енерговиділення, включений паралельно приймачу, який настроєно на частоту сигналу передавача і його другу гармоніку, а як реєстратор встановлено інтегратор, з'єднаний з виходами приймача, вимірника фазового зсуву електромагнітних хвиль, вимірника доплерівського зсуву частот і вимірника часу запізнювання між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою. Таким чином, введені вимірник доплерівського зсуву частоти, з'єднаний з виходами передавача і приймача, вимірник часу запізнювання між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою, збудженою в плазмі джерела енерговиділення, включений паралельно приймачу, який настроєно на частоту сигналу передавача і його другу гармоніку, дозволяє підвищити точність виміру енерговмісту плазми джерела енерговиділення і визначення параметрів джерела енерговиділення. 1 UA 74116 U 5 10 Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому приведена структурна схема пропонованої системи. Вона складається з передавача 1, з'єднаного з передавальною антеною 2, джерела енерговиділення 3, приймальною антеною 4, з'єднаною з приймачем 5, вимірника фазового зрушення електромагнітних хвиль 6, з'єднаного з виходами передавача 1 і приймача 5, вимірника доплерівського зсуву частот 7, з'єднаного з виходами передавача 1 і приймача 5, вимірника часу запізнювання 8 між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою, включеного паралельно приймачу 5, який настроєно на частоту передавача і його другу гармоніку, інтегратора 9, з'єднаного з виходами приймача 5, вимірника фазового зсуву 6, вимірника доплерівського зрушення частот 7 і вимірника часу запізнювання 8. Робота пропонованої системи відбувається в такий спосіб. Передавач 1 досить великої інтенсивності випромінює через антену 2 сигнал з частотою i , який впливає на плазму джерела енерговиділення 3 і збуджує в ній сигнал з частотою   2i , а також відбивається від плазми на частоті i . Сигнали з частотами i і 2i приймаються антеною 4 і реєструються приймачем 5. Вимірник фазового зсуву 6 вимірює зсув фаз  між сигналом передавача, що 15 випромінюється на частоті i , і відбитим від плазми сигналом з тією же частотою, що дає можливість визначити щільність плазми nr  джерела енерговиділення 3. По амплітуді другої гармоніки 2i і часу її запізнювання вимірник 8 визначає величину, пропорційну температурі 20 25 30 плазми Tr  , і область її поширення. Вимірник 7 по доплерівському зсуву частот визначає величину швидкості руху зареєстрованих областей щільності плазми. Вся інформація надходить в інтегратор 9, обробляється в ньому і як результат видаються параметри джерела енерговиділення. Використання пропонованого технічного рішення дозволяє одержувати більш повну інформацію про плазмові нестаціонарні утворення, що виникають при імпульсному виділенні енергії в просторі (при лазерному впливі, вибухових процесах різної природи і т.п.). Це може бути використано для визначення потужності імпульсного джерела енергії і його координат. Для точності виміру енерговмісту плазми в межах 25...30 % необхідно застосування трьох, чотирьох зондувальних частот i при амплітудах падаючих на плазму електромагнітних хвиль E  1 В/см (при цих умовах починають виявлятися нелінійні ефекти генерації другої гармоніки). У пропонованій системі використовуються багаточастотні приймач і передавач. Коротко наведемо теоретичні обґрунтування одержання позитивного ефекту. При падінні на плазму хвилі з частотою  і амплітудою E  1 В/см відбувається генерація хвилі з частотою 2 [5]. Коефіцієнт перетворення в другу гармоніку дорівнює Q S2 2 3  k 2Q2 T  S1 q    sin3  2 2 2 при 3  sin  , q S 35 1    q  1 2  Rei 0  ei 0     де - щільність потоку енергії; електромагнітної хвилі в ленгмюровську [6]; 32 sin 2  ;   L c ; QT - коефіцієнт трансформації  ELH  2 T K2    sin  2    mc2 ;  2mc2  - параметр не ідеальності плазми; mc2  510 кеВ - енергія спокою електрона; c - швидкість світла; L - просторовий розмір плазми;  - кут падіння випромінювання на плазму. 40 Для випадку, коли відстань до плазми набагато більше її просторових розмірів, база між приймачем і передавачем значно менше цієї відстані, тому маємо [7] 1  1  Q   aT 4      , де a - коефіцієнт пропорційності, T - температура, а час запізнювання приходу сигналу другої гармоніки до приймача відносно відбитого сигналу на основній частоті складає величину t з  45 де L2 L   VTe c VTe , - теплова швидкість руху електронів в плазмі. 2 UA 74116 U   t  109  107,5 c 4 При L ~ 10 см маємо з , що в межах роздільної здатності вимірювача часу запізнення. Питання вимірювання доплерівського зсуву частот для плазми, яка розширюється, що дозволяє знайти швидкість розширення іонізованого утворення викладені в роботі [8]. Значення 5 фазового зсуву  0 можна використовувати для визначення повного розміру плазмового утворення. Маючи на увазі, що для неоднорідної плазми просторова залежність діелектричної проникності   x виражається як   1 де 2 10  с 2 ре x  2 ре x  d 1  ;L     L  dx   1 , - ленгмюрівська частота, запишемо умову поширення хвилі  sin2    x   sin2 dx  L   3 2 L 1  sin2  2 3 ,  0 15 20 25 30 а визначаючи , знайдемо L . Зазначених вище даних досить для визначення енерговмісту плазми. Таким чином, пропонована корисна модель для визначення параметрів джерела енерговиділення в порівнянні з прототипом дозволяє з великою точністю визначити енерговміст плазми і параметри джерела енерговмісту. Джерела інформації: 1. Патент США № 3718918, G08B 21/00, Устройство для определения ядерного взрыва. 2. Душин Л.А. и Др. Исследование пространственного распределения плотности электронов в плазме с помощью микрорадио. К.: АН УССР, 1963. - 344 с. 3. Голант В.Е. "Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы". - М.: Наука, 1968. С. 91-95. 4. Диагностика плазмы / Под ред. Р. Хаддлстоуна, С. Леонарда. - М.: Мир, 1967. - С. 415. 5. Ерохин П.С., Моисеев С.С. Волноводные процессы в неоднородной плазме / Вопросы теории плазмы. Сб. статей. Вып. 7. Под ред. акад. М. А. Леонтовича. - М.: Атомиздат, 1973. - С. 146-202. 6. Физика плазми для физиков / Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. - М.: Атомиздат. - 1979. - С. 42. 7. Моисеев С.С, Мухин В.В. Теория генерации второй гармоники. /Nucl. Fusion, 1974. - V.14. - P. 333-339. 8. Моисеев С.С. - Сб. "Диагностика плазмы" - М.: Атомиздат, 1973. - С. 341-344. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Система для визначення параметрів джерела енерговиділення, що містить передавач з передавальною антеною, приймач з приймальною антеною, вимірник фазового зсуву електромагнітних хвиль, з'єднаний з виходами передавача і приймача, реєстратор, яка відрізняється тим, що вона оснащена вимірником доплерівського зсуву частот, з'єднаним з виходами передавача і приймача, вимірником часу запізнювання між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою, збудженою в плазмі джерела енерговиділення, включеним паралельно приймачу, який настроєний на частоту сигналу передавача і його другу гармоніку, а як реєстратор встановлено інтегратор, з'єднаний з виходами приймача, вимірника фазового зсуву електромагнітних хвиль, вимірника доплерівського зсуву частот і вимірника часу запізнювання між приходом сигналу передавача і його другою гармонікою. 3 UA 74116 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4