Способ определения частотной зависимости модуля и фазы коэффициента отражения звука образца Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 

4 1чЭ 1чЭ

СХ)

vj

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения частотной зависимости коэффициента отражения звука различных материалов.

Целью изобретения является повышение производительности измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука за счет устранения перемещения приемной системы на каждой рабочей частоте.

На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа определения частотной зависимости коэффициента отражения звука от исследуемого образца с предварительной аналоговой обработкой сигнала; на фиг. 2 - то же, с использованием апализатора спектра и ЭВМ.

Устройство содержит акустический интер- ферил1стр 1, на одном конце которого раз- менич исследуемый образец 2, а на другом - изл.;ате,1Ь 3, комбинированная приемная сипома 4 с блоком предусилитслей 5 и генератор 6 звуковых частот, через усилитель 7 мощности соединенный с излучателем 3. В аналоговом варианте устройства (фиг. 1) предусмотрен блок 8 управления разверткой частоты генератора 6 и/или сопровождающего фильтра 9, устанавливаемого при необходимости. Выход канала давления фильтра 9 прямо соединен с одним из входов каждого из двух аналоговых пере- множителей (корреляторов) 10 и 11, выход канала скорости прямо соединен с вторым входом перемножителя 10 и через фазовращатель 12 - с вторым входом перемножите- ;|я 11. Кроме того, выходы каналов давления и скорости через масштабные усилители 13 соединены с блоком 14, осупхествляющим возведение в квадрат, усреднение и вычитание сигналов, пропорциональных квадратам абсолютных величин звукового давления и колебательной скорости. Выходы перемножителей 10, 11 и блока 14 соединены с входами регистратора 15 данных, например самописца уровня, соединенного с блоком управления. В другом варианте устройства (фиг. 2) показан двух- канальный анализатор 16 спектра, сопряженный с ЭВМ 17, которая при возможности обеспечения обмена информацией соединя- ется с генератором 6.

Способ измерения частотной зависимости коэф1)пцпента отраже;чпя звука от исследуемого образца осуществляется следующим образом.

В трубе интерферометра 1, на одном конце которой размещен исследуемый образец 2 звукопоглотителя, а на другом - источник 3 звука, в поле плоской стоячей волны помещают комбинированную приемную систему 4, позволяющую одновременно измерять звуковое давление и колебательную скорость. Условие существования плоской волны (нулевой поперечной моды), являющееся типовым условием при измерениях в

0

5

0 c . о 5 д

50 5

акустическом интерферометре, ограничивает сверху частотный диапазон измерений таким образом, что поперечный размер интерферометра должен быть много меньше длины звуковой волны. В плоской волне звуковое иоле фактически является одномерным. Поэтому требование измерения информационных параметров в точке звукового поля не нарущается при использовании приемной системы с раздельными, независимыми приемниками звукового давления и колебательной скорости, разнесенными по поперечному сечению интерферометра, если их. акустические центры находятся на одном расстоянии от поверхности образца 2 звукопоглотителя. Блоком 8 управления задается изменяющееся во времени по заданному закону напряжение, управляющее частотой настройки генератора гар.монического сигнала и, при необходимости фильтрации сигналов с предусилителей приемной системы, осуществляющее синхронную подстройку полосы пропускания двухканального фильтра 9. В принципе возможно использование генератора шума, при этом установка фильтра в канал приема становится необходимой. Усиленный сигнал с генератора излучается во внутреннее пространство трубы интерферометра. Сигналы с приемной системы, пропорциональные звуковому давлению Up КрР и колебательной скорости, установленной на фиксированном расстоянии Хо от исследуемого образца, через предусилители 5 и фильтр 9 подаются на входы перемножителей 10 и 11, причем на вход одного из перемножителей сигнал колебательной скорости поступает через фазовращатель 12. Кроме того, сигналы звукового давления и колебательной скорости подаются через масштабный усилитель 13 с раздельной регулировкой коэффициента передачи по каналам на вход блока 14. Блок 14 осуществляет возведение в квадрат, усреднение по времени и вычитание сигналов, пропорциональных звуковому давлению и колебательной скорости. Информацию о величине активной интенсивности „ выделяют путем прямого перемножения сигналов звукового давления Up и колебательной скорости и, с последующим усреднением по времени Uia ,p-5UpU,,,Ia. Для получения сигнала, пропорционального реактивной интенсивности, достаточно осуществить фазовый сдвиг на - у канале дав1

ления на -Ь X канале колебательной скорости и повторить ту же процедуру Ui, КрКЛо. Для получения информации о квадратах абсолютных величин звукового давления и колебательной скорости в нужном масштабе перед возведением в квадрат сигналы с приемной системы домножаются на масштабные коэффициенты Кр и К , так, что

L , ,- t Y i ( iiT - P

L-y,)j27 ) Upai iVp -J- ;

u,.,, fSK ,u...

Масштабные коэффициенты выбираются таким образом, чтобы при вычитании сигналов, пропорциональных квадратам моду- лей звукового давления и колебательной скорости, имело место -соответствие обрабатываемых сигналов аналитическим зависимостям

.. к Г,, Кр

К -2рс р т к;При этом необходимо иметь в виду, что в коэффициенты Кр и К-,, входят не только чув- ствительности соответствующих датчиков, но и коэффициенты усиления измерительных трактов звукового давления и колебательной скорости. Тогда при вычитании получают сигнал, пропорциональный функции Лагранжа в измеряемой точке звукового поля:

и,„,2-и,р,2 KpK.iff, iPi )

LT ;/ т rl,,.

К„К„и Ui.c.

Коэффициент пропорциональности при этом соответствует коэффициенту пропорциональности при а и Ij. Это позволяет проводить дальнейшую численную или, если есть такая возможность, аналоговую обработку полученной информации в полном соответствии с аналитическими зависимостями:

Uta

Uf.+Uu

+ 1

Ula

4

l

(ur+i,

.+1

51п(фн+2КХо).-Ь

Изменяют с помощью генератора 6 частоту возбуждаемых в интерферометре упругих колебаний и фиксируют зависимость измеряемых параметров от частоты упругих колебаний. Приведенная к одному масштабу информация о зависящих от частоты величинах функции Лагранжа, активной и реактивной интенсивности в звуковом поле поступает на входы регистратора 15, например самописца уровня. Блок 8 управления при этом осуществляет синхронизацию за- писи информации с разверткой частоты. При наличии возможности предварительной достаточно точной аналоговой обработки ин510

15 .,,.

25

30

35

40

45

,50 55 формации в соответствии с ука:пинным a. i- горитмом в заданных пределах изменения частоты на регистраторе может сразу зап.исы- ваться информация о коэффициенте отражения. При раздельной записи частотной зависимости функции Лагранжа, активной и реактивной интенсивности дальнейшая обработка по расчетным формулам может проводиться либо вручную либо при возможности сопряжения регистратора 15 с ЭВМ 17 на вычислительной машине.

Второй вариант устройства (фиг. 2) представляет собой наиболее перспективный путь реализации способа измерения. В трубе интерферометра 1 в заданной полосе частот возбуждается акустический шумовой сигнал. При наличии устройства сопряжения генератора 6 с ЭВМ программа измерений может задаваться с вычислительной машины. Сигналы, пропорциональные звуковому давлению и колебательной скорости в акустическом поле, поступают на входы двухканального анализатора 16 спектра, где определяются их спектральные характеристики. После предварительной обработки, заложенной в возможности практически любого известного анализатора и включающей прямое перемножение, перемножение со сдвигом по фазе на - сигнала одного из каналов и масштабирование, информация об активной, реактивной интенсивности и спектрах абсолютных величин звукового давления и колебательной скорости по стандартной шине сопряжения поступает на ЭВМ 17. Вычислительпая машина проводит обработку по соответствующему алгоритму и выдачу результатов в виде частотных спектров модуля и фазы коэффициента отражения на периферийное оборудование.

Формула изобретения

Способ определения частотной зависимости модуля и фазы коэффициента отражения звука образца, заключающийся в том, что исследуемый образец размещают на конце акустического интерферометра, возбуждают в интерферометре упругие колебания, принимают упругие колебания с помощью приемной системы, измеряют в одной точке интерферометра звуковое давление и колебательную скорость и, при разных частотах определяют активную и реактивную интенсивности звукового поля, с учетом которых определяют частотную зависимость модуля и фазы коэффициента отражения звука, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности определения частотной зависимости коэффициента отражения звука, дополнительно измеряют в той же точке акустического интерферометра квадраты абсолютных величин звукового давления и колебательной скорости, при разных частотах фиксируют зависимость измеряемых параметров от частоты упругих колебаний, а модуль R коэффициента отражения и его фазу ф„ для каждой частоты .определяют по формулам

ij +

-LV(U)+lf

sin (((. + 2КХ„) Ц)/ iL.

где b -| PVdt- величина активной интенсивности;

27287 1/

-величина реактивной интенсивности;Р -звуковое давление;

5 L

,рУ -- колебательная скорость;

-функция Лагранжа;

С -скорость звука в среде интерферометра;() - плотность среды; Х() -расстояние от исследуемого 10образца до акустического

центра приемной системы; , где а)2л f; f - частота.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения частотной зависимости коэффициента отражения звука различных материалов. Целью изобретения является повышение производительности изменения частотной зависимости коэффициента отражения звука за счет устранения перемещения приемной системы на каждой рабочей частоте. Согласно способу измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от исследуемого образца одновременно измеряют величины звукового давления и колебательной скорости частиц среды в звуковой волне в фиксированной точке звукового поля в функции от частоты источника звука, синхронно определяют величины активной и реактивной интенсивности, а также величины функции Лаг- ра нжа с последующей численной обработкой по приведенным зависимостям, что позволяет определить частотные зависимости модуля и фазы коэффициента отражения. 2 ил. i (Л