Способ измерения в ограниченном измерительном объеме амплитуды акустического давления нежелательного излучения в поле антенны Советский патент 1989 года по МПК H04R29/00 

1

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано для определения характеристик нежелательного излучения акустических антенн и преобразователей в ограниченном измерительном объеме.

Цель изобретения - увеличение точности измерения.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, реализующего способ.

Способ основан на измерении взаимной корреляционной функции двух сигналов, имеющей вид

K(€)lim ™U(t)u(t-t)dt, (I) Т- Ijf

где p(t) - акустическое давление;

u(t) - электрическое напряжение вида u(t)U0cos(wQt+4 n), где (jj0 - - - частота нежелательного излучения„

Сигнал p(t), представляюший собой акустическое давление на приемнике акустического давления на установившемся участке, можно представить в i виде

P(t)Ej PI cos(w, t+ )+P0cos(w0t +

+4V ), , ,

где выделена гармоническая составляющая с частотой нежелательного излучения; Р„ - искомая амплитуда акустического давления.

Подставив выражения для u(t) и p(t) в (1), получим

4

vj

О5 ОЭ

ьо

K(t)limT- (LPjCosO t+Vp,)

Т-; II (,

x,U0cos oo(t- t) + Vu dt + , Т

+ lim - Г Р0 cos(w0t-t- P 1 i

U0cos (t-t) + M4jdt.

Первое слагаемое в последнем выражении обращается в нуль, а максимальное значение второго слагаемого

Kmax max к() будет равно Р0ирТаким образом, вычислив максимальное значение корреляционной функции K( t), можно определить амплитуду Р0 акустического давления по следующей формуле

Р0 2Ктах/ио.(2)

Вычисления корреляционной функции по формуле (1) наиболее удобно производить в цифровой форме. В этом случае

1

N-

(JAt)- )p(iut)u(i-j)ut,

1--M-I

j 0,l,...,M-l,

где At- интервал между измерениями мгновенных значений сигналов p(t) и u(t);

М - количество точек, в которых вычисляется взаимная корреляционная функция;

N - количество точек, в которых измеряются мгновенные значения сигналов p(t) и u(t).

Интервал времени Дt должен выбираться меньшим Т/3, где Т - период самой высокочастотной составляющей в спектре p(t), количество точек М должно выбираться, чтобы MAt 2ТГ/ОЭо, а количество точек N таким, чтобы мгновенные значения измерялись на всем установившемся участке сигнала.

Для увеличения точности измерений и более точного выделения сигнала с частотой cJ0 нежелательного излучения проводится усреднение корреляционной функции по L импульсам. Окончательно выражение для амплитуды акустического давления имеет вид:

Ро (2 max K)/U0, I

где

Je

IO

15

20

N-

Под концом переходного процесса . понимается момент времени, отстоящий от начала переходного процесса на величину, равную 3 t, t - постоян ная времени, которую можно определить, зная добротность приемника акустического давления и частоту нежелательного излучения.

На чертеже изображена функциональ ная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство состоит из генератора 1 непрерывных колебаний, которые необходимо подать на вход антенны (на- пример, генератор гармонических колебаний) ; генератора 2 радиоимпульсов (усиливает сигнал, поступающий . на его вход и модулирует этот сигнал прямоугольными импульсами), антенны 3 (или преобразователя), приемника 4 акустического давления, усилителя 25 5 с полосовым фильтром, коррелометра 6, осциллографа 7, генератора 8 гармонических колебаний, генератора 9 импульсов, осциллографа 10 двухлуче- вого, схемы 11 совпадения, счетчи- 30 ка 12 импульсов, шины 13 запуска.

В точку поля антенны помещают при емник 4 акустического давления. Возбуждают антенну электрическим сигналом, модулированным прямоугольными импульсами. При этом непрерывный электрический сигнал формируется генератором 1 непрерывных колебаний, а генератор 2 радиоимпульсов осуществляет модуляцию поступающего на его вход сигнала прямоугольными импульсами. Сигнал с выхода генератора 2 радиоимпульсов поступает на вход антенны 3. Затем измеряют мгновенные значения акустического давления и мгновенные значения вспомогательного гармонического электрического сигнала. Для этого определяют время начала измерений мгновенных значений акустического давления с помощью осциллографа 10. На первый вход осциллографа 10 поступает сигнал с выхода генератора 9 импульсов, время задерж ки которого относительно синхроимпульса генератора 2 радиоимпульсов можно регулировать. На второй вход осциллографа поступает электрический

35

40

45

50

55

1 - г сигнал с выхода усилителя с полосо- Ke(Jut)--- (iut+te)u (i-j) At+ вым фильтром 5. Задержку выходных

tel;

r-N-

импульсов генератора 9 импульсов ус

, .

IO

15

20

4766214

tp - время начала измерений на е-м игтульсе.

Под концом переходного процесса . понимается момент времени, отстоящий от начала переходного процесса на величину, равную 3 t, t - постоянная времени, которую можно определить, зная добротность приемника акустического давления и частоту нежелательного излучения.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство состоит из генератора 1 непрерывных колебаний, которые необходимо подать на вход антенны (на- пример, генератор гармонических колебаний) ; генератора 2 радиоимпульсов (усиливает сигнал, поступающий . на его вход и модулирует этот сигнал прямоугольными импульсами), антенны 3 (или преобразователя), приемника 4 акустического давления, усилителя 25 5 с полосовым фильтром, коррелометра 6, осциллографа 7, генератора 8 гармонических колебаний, генератора 9 импульсов, осциллографа 10 двухлуче- вого, схемы 11 совпадения, счетчи- 30 ка 12 импульсов, шины 13 запуска.

В точку поля антенны помещают приемник 4 акустического давления. Возбуждают антенну электрическим сигналом, модулированным прямоугольными импульсами. При этом непрерывный электрический сигнал формируется генератором 1 непрерывных колебаний, а генератор 2 радиоимпульсов осуществляет модуляцию поступающего на его вход сигнала прямоугольными импульсами. Сигнал с выхода генератора 2 радиоимпульсов поступает на вход антенны 3. Затем измеряют мгновенные значения акустического давления и мгновенные значения вспомогательного гармонического электрического сигнала. Для этого определяют время начала измерений мгновенных значений акустического давления с помощью осциллографа 10. На первый вход осциллографа 10 поступает сигнал с выхода генератора 9 импульсов, время задержки которого относительно синхроимпульса генератора 2 радиоимпульсов можно регулировать. На второй вход осциллографа поступает электрический

35

40

45

50

55

импульсов генератора 9 импульсов устанавливают так, чтобы начало каждог импульса соответствовало установив- шемуся участку сигнала на выходе усилителя с полосовым фильтром 5, Из

мерения начинаются после поступления импульса запуска на шину 13 запуска. При этом счетчик 12 импульсов переходит в режим счета и устанавливает сигнал с уровнем 1 на своем выходе и устанавливается в О после поступления на вход счетчика 12 импульсов установленного числа импульсов. Та-, ким образом, на выходе схемы 11 сов - падения формируется установленное на счетчике количества импульсов. Измерения мгновенных значений напряжения и акустического давления осуществляются коррелометром 6 следующи образом. При поступлении импульса за пуска с шины 13 запуска на третий вход коррелометра 6 в последнем осуществляется операция сброса и коррелометр 6 переводится в исходное состояние. После поступления уровня 1 на четвертый вход коррелометра 6 со схемы 11 совпадения коррелометр 6 начинает измерять взаимную корреляционную функцию двух сигналов, поступающих на его первый и второй вхо- ды. Сигнал, формирующийся на выходе генератора 8 гармонических колебаний, является вспомогательным и поступает на второй вход коррелометра

6.Для измерений взаимной корреляционной функции коррелометр измеряет мгновенные значения напряжения поступающих на его вход сигналов. После измерения установленного числа мгновенных значений напряжений коррело- метр переходит в режим остановки, следующий раз режим измерений наступит после поступления на четвертый вход следующего импульса с выхода схемы 11 совпадения. Корреляционная функция, измеряемая коррелометром, отображается на осциллографе

7.По амплитуде корреляционной функции однозначно определяется акустическое давление на входе приемника 4 акустического давления с частотой вспомогательного сигнапа.

Согласно данному способу снимается условие ограниченности теоретической точности и точность определя- ется особенностями технической реализации, как и при исследовании стационарных непрерывных сигналов. Определение лмплитуды нежелательного

5 Q 5 о

Q

g

5

5

излучения осуществляется по нескольким импульсам, при этом как бы увеличивается эквивалентная длительность сигнала, что, в свою очередь, позволяет провести эффективную фильтрацию сигнала. В пределе при L- «° (L - количество импульсов) эквивалентная добротность способа стремится к бесконечности. Действительно,

Jj

)lim K(t) limJ- Г ----- X te-te-t

Ъ, т

X ( p(t)u(t-t)dt lim M p(t)u(t-Ј)

Јt Ч

dt,

т.е. является идеальной взаимной корреляционной функцией.

1

Кроме того, способ позволяет

проводить измерения при возбуждении антенны относительно короткими импульсами, что позволяет проводить измерения в ограниченных измерительных объемах (например, в гидроакустических бассейнах).

Формула изобретения

Способ измерения в ограниченном измерительном объеме амплитуды акустического давления нежелательного излучения в поле антенны, заключающийся в помещении приемника акустического давления в точку поля антен - ны, возбуждении антенны электрическим сигналом, модулированным прямоугольными импульсами, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения, генерируют вспомогательный гармонический электрический сигнал с частотой нежела-- тельного излучения, для каждого импульса, приходящего на вход приемника акустического давления, измеряют временную зависимость акустического давления между концом переходного процесса на выходе приемника акустического давления, соответствующего началу прямоугольного импульса, и началом переходного процесса на выходе приемника акустического давления, соответствующего концу прямоугольного импульса, измеряют з эти же интервалы времени временную чависимость напряжения вспомогательного гармонического электрического сигнала с частотой нежелательного излучения, а

71

амплитуду акустического давления нежелательного излучения антенны определяют по формуле

Ро Г2 max K(Ј-)l /U°.

где K(t)- (t)u(t -t)dt ь p te-te - - J

tg - время начала измерений на е-м

импульсе;

8

te - время окончания измерений на е-м импульсе;

L - количество импульсов, на которых измеряются временные зависимости акустического давления p(t) и вспомогательного гармонического электрического напряжения u(t);

U0 - амплитуда напряжения элек- трического сигнала с частотой to .

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для определения характеристик нежелательного излучения акустических антенн и преобразователей. Цель изобретения - повышение точности измерения. Через равные интервалы времени измеряют мгновенные значения акустического давления между концом переходного процесса на выходе приемника акустического давления, соответствующего началу прямоугольного импульса, и началом переходного процесса на выходе приемника акустического давления, соответствующего концу прямоугольного импульса, для каждого импульса, приходящего на вход приемника акустического давления: измеряют в эти же моменты времени величины напряжения вспомогательного гармонического электрического сигнала с частотой нежелательного излучения: определяют амплитуду акустического давления по приведенной формуле. 1 ил.

Шина запуска