Способ определения кавитационно опасных участков на поверхности излучающей акустической антенны Советский патент 1990 года по МПК G01N29/02 

F u 2jpf .L ЈЈ) . fUЈLI U«L) M V //Z60 0 /-iхДЗЗШ С г,. u.fplT|(i f,) (, мэкв. .с;л 2 ЈН1с;лмг п

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для определения места размещения датчиков кавитации на поверхности излучающих многоэлементных акустических антенн. Способ основан на измерении для каждого преобразователя подводимого напряжения, частот резонанса и антирезонанса, напряжений резонанса и антирезонанса, электрической емкости, модуля полного внутреннего сопротивления, измеряемого в воде и воздухе, и вычислении давления в соответствии с выражением , где F_I - давление приведенной точки преобразователя в антенне

I - порядковый номер измеряемого преобразователя

φ = 3,14159

F_P - резонансная частота I - го преобразователя

F_а - частота антирезонанса I-го преобразователя

U_р - напряжение на частоте резонанса I-го преобразователя

U_а - напряжение на частоте антирезонанса I-го преобразователя

M_экв - эквивалентная масса I-го преобразователя, приведенная в конструкторской документации на него

C_эл - электрическая емкость I-го преобразователя

/Z^в°^да - модуль полного внутреннего сопротивления I-го преобразователя, измеренного в воде

F_H - частота, на которой измеряется F_I

C_эл - частота, на которой измеряется C_эл

/Z°°^зд/ - модуль полного внутреннего сопротивления преобразователя, измеренного в воздухе

U_I - электрическое напряжение, подведенное к I-му преобразователю в антенне, по максимальному значению которого судят о расположении кавитационно опасных участков антенны. 2 ил.

JW

IZsYi- t/2FfHLC3Aj ,

- т72 сг - 21 Уг

где F. - давление приведенной точки преобразователя в антенне; i-порядковый номер измеряемого преобразователя; 1Г 3,14159; р-; резонансная частота 1-го преобразователя; Јп; - частота антирезонанса 1-го преобразователя; Up; - напряжение на частоте резонанса 1-го преобразователя; Uq- - напряжение на частоте антирезонанса 1-го преобразователя; МЭкв1 эквивалентная масса i-ro преобразователя, приведенная в конструкторской документации на него; С ,д -( - электрическая емкость 1-го преобразовате(Я

ля ; 2 - модуль полного внутреннего сопротивления 1-го преобразователя, измеренного в воде; fH; - частота на которой измеряется F. ; С зл ( - частота, на которой измеряется С,1..;

In ВО JA ,эл1

L. . . - модуль полного внутреннего

сопротивления преобразователя, иэ- меренное в воздухе; U. - электрическое напряжение, подведенное к i-му преобразователю в антенне, по максимальному значению которого судят о расположении кавитационно опасных участков антенны. 2 ил.

СЛ

o ьа

ЬЭ

Изобретение относится к области ультразвуковой техники и может быть использовано для определения места размещения датчиков кавитации на по- верхности излучающих многоэлементных гидроакустических антенн больших волновых размеров, работающих в условиях кавитационных ограничений среды

Целью изобретения является умень- шение погрешности измерения звукового давления при определении кавита- ционно опасных участков в многоэлементных антеннах больших волновых рамеров путем исключения измерения ха- рактеристик звуковых полей антенны, так как измерения производятся на поверхности преобразователей.

На фиг,1 представлена эквивалентная электромеханическая схема преоб- разователей в воздухеj на фиг.2 - то же, в воде.

Способ определения кавитационно опасных участков на поверхности излучающей многоэлементной гидроакусти- ческой антенны может быть реализован следующим образом.

Измерения производятся в воздухе и в воде.

Измерения в воздухе состоят из следующих операций:

Измеряют электрическую емкость каждого преобразователя в антенне

и определяют модуль импеданса по формуле

z

IZ

1 ЩсГ

(1)

где Я 39H159;

fH - частота, на которой измеряют электрическую емкость. Измеряют модуль полного импеданса каждого Yipeo6pa3OB3TenH в антенне

jvB«ft 5.

в соответствии с РД 5.0542-86. 45

I Z

IZLI+ lzft

(2)

2 м то модуль механического импеданса равен

55

Определяют механическую составляющую модуля Z M полного импеданса каждого преобразователя в антенне0

Так как из эквивалентной схемы преобразователя в воздухе (фиг.,1) вытека-50 ет, что

ВОЗА , .:..

. в«эл, iZjL.L-J.Sjsi

X I -4-1 7

-lu | т) йм I

Измеряют частоты резонанса f, антирезонанса Ј#, напряжение резонанса Up и антирезонанса Ua каждого преобразователя в антенне в соответствии с ОСТ 5.8361-75 и РД 5.9122-73 соответственно.

Определяют коэффициент трансформации п каждого преобразователя в антенне по формуле (в сочетании с РД 5,9122-73)

- 2«р - Й)) «

эм (А)

где М, - эквивалентная масса преобУ Но

разователя антенны, Измерения в воде состоят из следующих операций.

Измеряют модуль импеданса каждого преобразователя антенны I Z « й | в соответствии с РД 5.0542-86.

Определяют сумму модулей механического импеданса I ZM 1 и импеданса излучения | Zs |, так как из эквивалентной схемы преобразователя в воде (фиг02) вытекает, что

| - izkliILz ±±-LSill ,,5)

1 ъ iz i + им + izsi р

то сумма

I ZM I + Zs - Г7 П -ТГ5°А 0 1 (5

I «Г 1 tj y.

Из формулы (5), используя выражение (3), получим

.„Ввла,

7БОА«,

.„пода, , „i ..„сила. . i

171 5. J-liSfJL5- i-L52 j ,

I 5 iI 7 I „ I 7MAa.i 7 i - 7 вода г

I t I Itjj. |Iti l |t I

(6)

Давление F, развиваемое на поверхности каждого преобразователя антенны, равно

.

(7)

55

-50

где - колебательная скорость точки

приведения преобразователя. Известно,что колебательная скорость

Ч- (8)

йм S

где U - электрическое напряжение, . подводимое к преобразователю антенны;

п - коэффициент трансформации преобразователя.

Таким образом, подставляем выражения (1) - 6) и (8) в формулу (7),

F.

, (Ь&шЬй.

IZ

воде I

2r I

,|

2fff Гг

«1Н ЬЭА.

r5J -2lbi. )

/ 1 17 ВоЭА| I,

.,- |zs; о

71lf Г Г Hi L3Ai

По максимальному значению F опредляем кавитационно опасный участок в антенне, где необходимо установить датчик кавитации.

Произведем сравнительную оценку погрешности измерения давления извесным и предлагаемым способами.

Для оценки суммарной погрешности измерения давления можно оценитьг погрешность измерения его параметров: электрической емкости СЭЛ ; модуля импеданса, измеренного в воздухе . йоэл I Z ; модуля импеданса, измеренI г, 6°ЭЛ i

ного в воде | Z g- I; частот резонанса fp и антирезонанса Јй; напряжений резонанса Up я антирезонанса U,,,.

В .соответствии с нормативным документом суммарная погрешность измерния электрической емкости прибо- ром Е8-2 составляет 0,25%;

суммарная погрешность измерения модуля полного сопротивления Ј-1 составляет 6-13%:

суммарная погрешность измерения частот резонанса f- И антирезонанса Ј.Јчв зависимости от механической добротности преобразователя составляет 0,7-8%;

суммарная погрешность измерения напряжений резонанса Ји и антирезонанса Ј о составляет 1,5-4% при использовании вольтметра типа ВЗ-40.

Суммарная погрешность способа, представляющая собой среднеквадратичную сумму составляющих погрешностей

Ј: &kfЈЈVEfVeV vn 5%

Таким образом, погрешность предлагаемого способа минимум в 2 раза ниже, чем погрешность известного.

определяем давление, развиваемое на Ј-м преобразователе в антенне

шЬй.

,|

2fff Гг

«1Н ЬЭА.

(9)

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Способ определения кавитационно опасных участков на поверхности излучающей акустической антенны, заключающийся в том, что измеряют электрофизические параметры акустической антенны, по которым определяют акустическое давление на ее поверхности излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения акустического давления при определении кавитационно опасных зон в многоэлементных антеннах больших волновых размеров, в качестве электрофизических параметров экус- тической антенны измеряют в воде и г- воздухе для каждого преобразователя акустической антенны подводимое электрическое напряжение, частоты резонанса и антирезонанса, напряжения резонанса и антирезонанса, электрическую емкость, модуль полного внутреннего сопротивпения акустическое на-поверхности излучения акустическое давление определяют по зависимости

„ -Jii(«-rie - b4

Fi Tz11) i Ј. i

Hi

A1

50

где F.

5

и,-акустическое давление точки преобразователя в антенне;

-электрическое напряжение, подведенное к i-му преобразователю в антенне;

-порядковый номер измеряемого преобразователя;

.

-резонансная частота 1-го преобразователя;

-частота антирезонанса i- го преобразователя;

-напряжение -на частоте резонанса 1-го преобразователя;

-напряжение на частоте антирезонанса 1-го преобразователя;

-эквивалентная масса 1-го преобразователя, приведенная в конструкторской документации на него;

и

эя

&

Ст

if.

IZ

электрическая емкость водя го преобразователя;

-Н(

I- модуль полного внутреннего сопротивления 1-го преобразователя, измеренный в воде;

- частота, на которой измеря- „М,А етсяР.;

Z . г модуль полного внутреннего сопротивления преобразователя, измеренный в воздухе, по максимальному значению FJ судят о расположении кавитационно опасных 5 . участков антенны.

(Риг.1

г

ж