Способ измерения низкочастотных помех пъезоэлектрического излучателя Советский патент 1988 года по МПК G01H11/08 

4 Ю

to

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для определения низкочастотных помех резонансного пьезоэлектрического излучателя при сложном виде возбуждающего электрического сигнала. Цель изобретения - увеличение точности измерений за счет учета нелинейных искажений. В дальнюю зону пьезоэлектрического излучателя помещают акустический приемник, возбуждают пьезоэлектрический излучатель одно- частотным сигналом, изменяют частоту возбуждающего сигнала, измеряют частотную зависимость комплексной амплитуды акустического давления, дополнительно возбуждают излучатель двухчастотным сигналом, изменяют частоты возбуждающего сигнала при условии равенства на них чувствительнос- тей пьезоэлектрического излучателя, измеряют зависимость комплексной амплитуды от разностной частоты дополнительного возбуждающего сигнала и определяют спектральную плотность аку стических помех, приведенную к единичному расстоянию от центра.пьезоэлектрического излучателя, по предложенной формуле. 1 ил. .i (Л с:

)

10

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для определения низкочастотных помех нелинейного резонансного пьезоэлектрического излучателя при сложном виде возбуждающего электрического сигнала„

Цель изобретения - увеличение точ- 11ОСТИ определения низкочастотных по- йех, возникаюпщх в дальней зоне ре- ронанс юго пьезоэлектрического излу- Вателя,, за счет учета нелинейных ис- (кажений.,

: На чертеже представлена функциона-.с льная схема устройства, реализующего способ.

;. Устройство состоит из генераторов ;1 и 2 гармонических колебаний, последовательно соединенных сумматора 3, п управляемого переключателя 4, усили- :теля 5 мощности и пьезоэлектрического излучателя 6, последовательно соеди- ненных акустического приемника 7, фильтра 85 управляемого переключателя 24 9, вольтметра 10, ЭВМ It устройства 12 вывода на печать (ЦПУ) и фазометра 13, вход которого подключен к выходу управляемого переключателя 9, а виход соединен,с входом ЭВМ 11, Выходы генератора 1 и 2 гармонических колебаний подключены к двум входам суг4матора 3, выход генератора 1 гармонических колебаний соединен также с

вторыми входами управляемого переклю- чafeля 4 и фазометра 13, Выход акус- тического приемника 7 соединен с вторым входом управляемого переключателя 9 второй и третий выходы управляющей ЭВМ 11 подключены, соответственно s к входам генераторов 1 и 2 гармо- - нических колебаний J четвертый выход ЭВМ 11 соединен с третьими входами управляемых перек,гпочателей 4 и 9, пятый выход управляющей ЭВМ 11 соединен с вторым входом фильтра 8,

Способ определения низкочастотных помех пьезоэлектрического излучатея заключается в следующем.

В дальнюю зону пьезоэлектрического излучателя помещают акустический при- 50 емник, возбуждают пьезоэлектрический излучатель одночастотным сигналом с известной комплексной амплитудой А электрического напряжения, изменяют астоту возбуждающего сигнала, изме- 55 яют частотную зависимость P(jis)) компексной амплитуды акустического давения, дополнительно возбуждают пье30

45

с

зоэлектрический излучатель двухчастот- ным сигналом с разностной частотой ,- изменяют в пределах полосы пропускания частоты дополнительного возбуждающего сигнала, выбирая эти частоты из условия равенства на них чув- ствительностей пьезоэлектрического излучателя, и измеряют зависимость P,(ju)) амплитуды акустического давления от 4(О, а спектральную плотность интенсивности помех, приведенную к единичному расстоянию от центра излучателя, вычисляют по формуле

Kw) 2j-lKo J VOu))IS )rp;

+-ОВгде V(JW) U(ju)) K,j( 0

-4)K,j( +4)ufJ(-2- -4) .

)du.

Г(йЫ) , (au;),A,lKo(J4u))l}« , |Kj3(W)lMb

. WRo

KO.CJW) (jco)e- /A

0

U(ju)) - спектр напряжения электрического сигнала на входе пьезоэлектрического излучателя, cootвeтcтвyющий подлежащей определению спектральной плотности I(io) интенсивности помех, приведенной к единичному расстоянию от центра излучателя;

- амплитуды электрического напряжения двухчастотного возбуткдающего сигнала; и)гр - ширина полосы пропускания; R(, - расстояние между центром излучателя и акустическим приемником;

с - скорость звука в среде; у - плотность среды. Устройство работает следующим образом.

В дальней зоне пьезоэлектрического излучателя 6 располагают акустический приемник 7, с помощью которого из- . меряют частотную зависимость комплексной амплитуды акустического давления при возбуждении излучателя 6 одно- частотным сигналом. Для этого генератор 1 гармонических колебаний через управляемьй переключатель А подключается к усилителю 5 мощности, а акустический приемник 7 через управляемый переключатель 9 подключается к вольтметру 10 и фазометру 13. Изменяя с помощью управляющей ЭВМ 11 частоту генератора 1 гармонических Колебаний, измеряют с помощью вольтметра 10 и фазометра 13 соответственно, амплитуду и фазу электрического сигнала на выходе акустического применика 7, результаты измерений записываются в память управляющей ЭВМ 11. Затем воз- буждают пьезоэлектрический излучатель 6 на двух частотах, на которых равны величины чувствительности пьезрэлект- рического излучателя, и измеряют амплитуду акустического давления, соот- ветствующую разностной частоте, причем частоты возбуждения меняют в пределах полосы пропускания резонансного пьезоэлектрического излучателя 6, изменяя разность между ними. Для этого управляемые переключатели 4 и 9 переводят в другое положение, т.е. генератор 1 гармонических колебаний отключают от усилителя 5 мощности и к последнему подключают выход суммато- ра 3, а прие1 ник 7 акустического давления подключают к вольтметру 10 через фильтр 85 частоту настройки которого можно менять в зависимости от уровня сигнала, поступающего от управляющей ЭВМ 11 на вход управления фильтра 8.

Таким образом, двухчастотный сигнал с выхода сумматора 3 поступает на вход усилителя 5 мощности и после усиления - на вход пьезоэлектрического излучателя 6; выходной сигнал акустического приемника 7 фильтруется фильтром 8, амплитуда отфильтрованного сигнала измеряется вольтметром 10 и поступает в управляющую ЭВМ 11. Частота настройки фильтра 8 устанавливается управляющей ЭВМ 11 вблизи разностной частоты так, чтобы с вольтметра 10 на вход управляющей ЭВМ 11 поступал максимальный сигнал. Частоты возбуждения генераторов 1 и 2 гармонических колебаний меняются под управлением управляющей ЭВМ 11 так, чтобы пьезоэлектрический излучатель 6 возбуждался двухчастотным сигналом, каждая частота которого соответствует одинаковой чувствительности пьезоэлектрического излучателя. После из

5 о

(-

5

0

0

5

мерений вычисляется спектральная плотность интенсивности помех. Вычисления проводятся управляющей ЭВМ 11, а их результаты отображаются на устройстве 12 вывода на печать.

Величина R должна выбираться такой, чтобы обеспечить проведение измерений в дальнем поле излучателя, т.е. RP7 , где D - наибольший размер излучающей системы; А - длина волны, соответствующая наименьшей частоте полосы пропускания пьезоэлектрического излучателя. Кроме того, величина Rg должна выбираться как можно меньше, чтобы не проявлялись эффекты, вызванные нелинейностью среды. Они проявляются при , поэтому измерения по предлагаемому способу рекомендуется проводить размещая приемник акустического давления ближе к нижней границе области дальнего поля.

Формула изобретения

Способ измерения низкочастотных помех пьезоэлектрического излучателя, заключающийся в том, что в дальнюю зону пьезоэлектрического излучателя помещают акустический приемник, возбуждают пьезоэлектрический излучатель одночастотным сигналом с известной комплексной амплитудой А, электрического напряжения, изменяют частоту возбуждающего сигнала, измеряют с помощью акустического приемника частотную зависимость P(jci)) комплексной амплитуды акустического давления и вычисляют по ней спектральную плотность l(u) интенсивности помех, приведенную к единичному расстоянию от центра пьезоэлектрического излучателя, отличающийся тем, что что, с целью увеличения точности измерений за счет учета нелинейных ист кажений дополнительно возбуждают пьезоэлектрический излучатель двухчастотным сигнаипом с разностной частотой ЛЮ , изменяют частоты дополнительного возбуждающего сигнала в пределах полосы пропускания, частоты до- полнительного возбуждающего сигнала выбирают из условия равенства на них чувствительностей пьезоэлектрического излучателя и измеряют зависимость комплексной амплитуды Р jj (du)) акустического давления от 40, а 1(из) рассчитывают по формуле

I(u)) «

-f-Ce

где V (JW) U(ju)) --| S KjjCl -

-4)lKjj(5 M)(f-Ч)|иГ

(5 +4)d4.

)) RoP,i («w),AjK,(j/)u))h

.(ы-у)

.U)g

Ko(ja)) ReP(ja)) /д,

5

0

5

U(ju) - спектр напряжения электрического сигнала на входе пьезоэлектрического излучателя, соответствующий I(uJ);

А иА - амплитуды электрического напряжения двухчастотного возбуждающего сигнала; uJrp - ширина полосы пропускания пьезоэлектрического излучателя;

Rj - расстояние между центром пьезоэлектрического излучателя и приемником акустического давления; . с - скорость звука в среде; о - плотность среды.