Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Измерение напряженности электрического поля (НЭП), напряженности магнитного поля (НМП) и напряженности гравитационного поля (НГП) используется для космических исследований небесных тел и космического пространства и на разных этапах производства изделий РКТ [1–9]. Совершенствование методов и средств измерений НЭП, НМП и НГП является актуальной задачей. В первых авторских работах [6–8] в этом направлении обсуждались основы построения струйно-капельных оптических измерительных систем (СКОИС) для измерения НЭП, работающие в импульсном стробоскопическом режиме. Однако, они достаточно сложны и из-за импульсного режима работы не позволяют достичь высокой точности измерений современными высокоточными лазерными интерферометрами перемещений, работающими преимущественно в непрерывном режиме.
В статье обсуждается построение более перспективных СКОИС за счет использования висящей капли. Принцип действия таких измерений основан преимущественно на нулевом методе, заключающемся в сравнении с мерой, в котором результирующий эффект воздействия входного параметра Wизм (НЭП, НМП, НГП) на нуль-орган (устройство сравнения, компаратор), реализованного с помощью висящей капли жидкости внутри измерительной ячейки, доводят до нуля с полным его уравновешиванием. Операция сравнения производится за счет высокоточного измерения пространственного положения капли и ее можно записать с помощью уравнения:
(1)
где Wизм — измеряемый параметр, который для данного исследования может быть НЭП Е, НМП H и НГП G, Wоп — опорный параметр, в качестве которого технологически наиболее удобно использовать НЭП Еоп и/или НМП Hоп.
Представляется, что наиболее универсальной основой для висящей капли может быть магнитная (ферромагнитная) жидкость, капля которой может быть чувствительна ко всем трем вышеупомянутым параметрам: будучи заряженной чувствительна к НЭП, имея собственные изначальные магнитные свойства чувствительна к НМП, а за счет массы чувсвтительна к НГП. И с учетом этого компенсирующее воздействие с отклонением положения капли Δl(Wоп) можно реализовать двумя вариантами:
В связи с этим уравнение можно записать в более наглядной форме, демонстрирующей возможности формирования компенсирующего воздействия электрическим Eоп и магнитным Ноп полями (при использовании электростатически заряженной магнитной жидкости):
(2)
(3)
(4)
Измерения смещений вдоль одной из осей висящей жидкой капли предполагают проведение двух измерений положения поверхности капли (по максимальному диаметру) с противоположных сторон, с учетом чего выражение для порога чувствительности Δlпор двух независимых каналов лазерного двухканального интерферометра можно записать с помощью выражения:
(5)
где Δlпор1 и Δlпор2 — пороги чувствительности первого и второго измерительных каналов двухканального интерферометра, принимается, что Δlпор1=Δlпор2.
Для понимания потенциальных возможностей рассматриваемой СКОИС при использования метода висящей капли был проведен расчет значения порога чувствительности для СКОИС при измерении НЭП в направлении ортогональном оси капли и аналогичном воздействии электрического поля. Для расчета использовались следующие данные: рассматривалось использование капли оливкового масла (коэффициент поверхностного натяжения σ = 0,032 Н/м) диаметром 1 мм, висящая на капилляре диаметром 0,5 мм, заряженная до максимального заряда, определенного условием согласно Рэллея, обеспечивающего ее целостность, исключая возможность ее дробления на более мелкие капли. Также принималось, что смещения висящей капли измерялись высокоточным лазерным интерферометром перемещений с разрешающей способностью для одного измерительного канала 1 пм = 10–12 м. В результате расчетов было определено искомое значение порога чувствительности для рассматриваемой СКОИС НЭП, составившее 0,64 мВ/м. Это значение почти в 15 раз меньше достигнутого ранее в СКОИС НЭП, работающей в импульсном режиме [7], что свидетельствует о существенном прогрессе в достигнутых технических характеристиках и достоинствах при использования метода висящей капли.
