Способ оценки влияния на амплитуднофазовое распределение колебательной скорости антенны излучения постороннего источника звука Советский патент 1989 года по МПК H04R29/00 G01R29/10 

I

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для оценки совместимости акустических антенн путем определения критерия, характеризующего степень влияния на амплитудно-фазовое распределение (АФР) колебательной . скорости излучения постороннег У источника звука.

Целью изобретения является увеличение точности оценки влияния-на АФР колебательной скорости исследуемой аНтенны излучения постороннего источника звука.

При проектировании акустических антенн во многих случаях учитьгоают взаимное сопротивление излучения элементов, из которых состоит антенна. Ненулевое взаимное сопротивление вызывает заплывание нулей характеристик направленности, увеличение уровня боковых лепестков характеристики направленности, а иногда даже и смещение на несколько градусов главного лепестка характеристики направленности. Кроме того, взаимное сопротивление излучения сказьтается на согласовании .электроакустических пре4 0

кэ

ел

1о

1

образователей с электрическими цепями. Влияние взаимного сопротивления излучения на характеристики антены может реализоваться и через межантенное сопротивление излучения, т за счет взаимного сопротивления излучения элементов , принадлежащих разным антеннам. Это вызьшает .необходимость каким-либо образом норми- ровать эффекты, вызванные наличием межантенного сопрртивления излучени Если две расположенные близко, одна к другой антенны различного назначения с перекрьшающимися спектрами должны работать одновременно, необходимо каждую из них конструировать учитывая такую особенность их эксплуатации. Это приводит к необходимости введения и измерения такого критерия влияния на АФР излучения постороннего источншса звука, который характеризовал бы устойчивость АФР исследуемой антенны к действию стороннего излучения и ко- торый был бы независим от конкретной геометрии и свойств этого сто- ррннего источника, т„е,. являлся бы характеристикой только исследуемой антенны.

На фиг.. 1-алгоритм критерия iTCf на фиг. 2 ная схема устройства,, способ.

На фиг.1 а показана геометрия эксперимента; на фиг. 1б - вид функций, через которые определяется критерий К . Плоскость фиг. 1 соответствует плоскости у О, зависимость функций и геометрии эксперимента от координаты у не показана. В плоскости определения АФР два раза вычисляется нормальная составляющая колебательной скорости на основании измерений комплексной амплитуды акусти ческого давления в плоскости измерений соответственно функции w(x,y) и w(x,y),. Функция wj(x,y) соответ определения - функциональ- реализующего

ствует работе только исследуемой антенны, функция wXx,y) - совместной работе исслеДуемой антенны и точечного излучателя. За счет работы

9

точечного излучателя искажается АФР колебательной скорости исследуемой антенны. Это искажение оценивается по функции &w(x,y), представляющей собой модуль разности распределений комплексных амплитуд в плоскости .определения АФР, вьгчисленных при двух режимах работы, описанных вьше. Функция - S w(x,у) состоит из двух характерных областей. Первая область соответствует изображению точечного излучателя (оно несколько .размазано вследствие конечной разрешающей спо собности алгоритма восстановления) Вторая область характеризует искажения АФР исследуемой антенны. Однако анализ функции Sw(x,y) во второй области с целью определения влияния на АФР мешающего излучения производить неудобно, рациональнее Г иметь какой-либо интегральный критерий. Наиболее полно поведение функции S w(x,у) во второй области характеризует объем по.д кривой S w(x,

у), т.е. интеграл вида |) w(x,y)dxdy.

. п ts 20 25

40 45

30

35

50

где Q -. область плоскости определения АФР, соответствующая исследуемой антенне. Однако такой критерий будет зависеть от величины колебательной скбрости на поверхности точечного излучателя и от размера точечного излучателя. Чтобы исключить зависимость такого критерия от параметров, характеризующих точечный излучатель, .нормирующий множитель выбирается в

виде || 5w(x,y)dxdy, где 52 - область плоскости определения АФР, соответствующая первой области функции w(x,y), Кроме того, рационально производить деление на S, где S - площадь области S .-Тогда возможно сравнение различных антенн (имеющих разные конфигурации и размеры) с точки зрения влияния на их работу излучения мещающего источника звука. Окончательно критерий К влияния на АФР колебательной скоро.сти излучения постороннего источника звука записьгоается в виде

К. -,;- Л Jw.Cx ,у) dx dy / jl 6w(x, у) dx dy ,

Для определения распределения комплексной амплитуды w(x,y) нормальной составляющей колебательной

скорости в пл АФР по распре амплитуды р(х

скорости в плоскости определения АФР по распределению комплексной амплитуды р(х,у) акустического дав

5U

ления в плоскости измерений, параллельной плоскости определения АФР, применяется метод обращенного волнового фронта.

Алгоритм восстановления w(x,y) состоит из трех этапов. Первый - вьмисление спектра P(K, Ki,) пространственных частот в плоскости измерений по измеренной функции р(х,у т.е. двумерное прямое усеченное преобразование Фурье функции р(х,у). Второй - нахождение спектра WCK, К„) пространственных частот в плос- кбсти определения АФР, для этого спектр Р(КХ, KU) домножается на передаточную функцию Н(К, KU) (для К + KU К передаточная функция аппроксимируется нулем). Третий - вычисление функции w(x,y) по спектру W(K, KU) пространственных частот, т.е. двумерное обратное преобразование Фурье функции W(KX, KiJ . Обычно преобразование Фурье вычисляют, используя алгоритмы быстрого преобра- зования Фурье.

Hd фиг. 2 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ. Устройство состоит из генератора 1 гармонических колеба- НИИ, модулятора 2, линии 3 задержки усилителя 4 мощности. Исследуемая антенна обозначена позицией 5.

Кроме того, устройство содержит ключ 6, усилитель 7 мощности, то- чечный излучатель 8, приемник 9 акустического давления, двигатель 10, измеритель 11 амплитуды и фазы синусоидального электрического сигнала, ЭВМ. 12 с устройством вьшода.

Устройство работает следующим образом.

В центре области возможного расположения постороннего источника звука помещают точечный излучатель 8, приемник 9 акустического давления устанавливают в зоне Френеля исследуемой антенны. Для измерения комплексной амплитуды акустического давления в плоскости измерений при работе исследуемой антенны исследуемую антенну 5 возбуждают прямоугольными радиоимпульсами. Прямоугольные радиоимпульсы формируются на выходе модулятора 2, на вход ко- торого поступает сигнал постоянной частоты с выхода генератора 1 гармонических колебаний. После прохождения линии 3 задержки, осуществляю

51

s 0 5

0

5 0

5 0 g

96

щей формирование характеристики направленности исследуемой антенны 5, и многоканального усилителя 4 мощности радиоимпульсы поступают на вход преобразователей, из которых состоит исследуемая антенна 5, Измерение комплексной амплитуды акустического давления в плоскости измерений осуществляется приемником 9 акустического давления и измерителем 11 амплитуды и фазы синусоидального электрического сигнала на установившемся участке сигнала,при этом опорный сигнал для измерения фазы поступает с выхода генератора 1 синусоидальных колебаний. Измеренные значения амплитуды и фазы акустического давления поступают в ЭВМ 12. Для измерения комплексной амплитуды акустического давления в ряде топек плоскости измерений осуществляется сканирование приёмника 9 акустического давления двигателем 10, последний работает под управлением ЭВМ. Режим возбуждения исследуемой антенны 5 вместе с точечным излучателем 8 реализуется за счет замыкания ключа 6 сигналом, поступающим от ЭВМ 12, при этом радиоимпульсы с выхода модулятора после усиления усилителем 7 мощности поступают на вход точечного излучателя 8. Вычисление критерия влияния на АФР излучения постороннего источника звука происходит.в ЭВМ 12, и на устройстве вьшода ЭВМ 12 индицируются результаты, вычислений.

Формула изобретения

Способ оценки влияния на амплитудно-фазовое распределение колебательной скорости антенны излучения постороннего источника звука, расположенного на фиксированном расстоянии от геометрического центра антенны, путем возбуждения исследуемой антенны на постоянной частоте, отличающийся тем, что, с -целью увеличения точности оценки, измеряют комплексную амплитуду акустического давления в плоскости измерений, расположенной параллельно апертуре исследуемой антенны, путем сканирования приемника акустического давления, помещают точечный излучатель в геометрический центр области расположения постороннего источpiraca звука, возбуждают исследуемую антенну вместе с точечным излуча- |Телем на постоянной частоте и изме- ряют комплексную амплитуду акустиника акустического давления, вычис ляют критерий X влияния на ампли тудно-фазовое распределение колеб тельной скорости излучения посторо

Ческого давления в той же плоскостинего источника звука по следующей

измерений путем сканирования прием-формуле:

ТС ( 5w(x,у)dxdy/ I(w(x,y)dxdy, о5г„

где Jw(x,y) « I w(x,y)-w(x,y)|

«(« У - xdKj

pco j

) jCVVO

p(x,y)exp -j())dxdy,

г;

j (x,y)exp -j()ldxdy5

H(K ,KJ

(4 )exp(-jd .-K) . KS K

1 г 1 0, K, ;

Q,- область измерений на плоскости измерений; Q - область проекции антенны на

плоскость измерений; S - площадь области Q j Яд - область плоскости измерений,

за исключением области Q j d - расстояние между точечным из- влучателем и плоскостью изйерений;

( комплексная амплитуда аку- стического давления в точке плоскости измерений, с координатами х, у, создаваемая исследуемой антенной;

ника акустического давления, вычисляют критерий X влияния на амплитудно-фазовое распределение колебательной скорости излучения посторонdK dK)

/ Р(х,

у)

5

0

G)

с

р

-комплексная амплитуда акустического давления в точке плоскости измерений с координатами х, у, создаваемая совместно работающими исследуемой антенной и точечным излучателем;

-частота возбуждения исследуемой антенны и точечного излучателя;

-волновое ЧИСЛО ,

-скорость звука в среде,

-плотность среды.

Область измерении