Способ градуировки приемника градиента давления Советский патент 1992 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для градуировки приемников градиента давления, в том числе и тех, которые обладают паразитной чувствительностью к давлению в воздушной и водной средах как в свободном пространстве, так и в условиях ограниченного объема, например в звукомерной камере, в гидроакустическом бассейне.

Известен способ градуировки приемников градиента звукового давления, который заключается в создании в некотором резервуаре, наполненном водой, стоячей плоской звуковой волны, такой, чтобы в центре объема было нулевое давление и максимальная колебательная скорость. Градуируемый приемник помещают в центре резервуара таким образом, чтобы направление оси наибольшей чувствительности совпадало с нормалью к фронту волны. Величина градиента звукового давления контролируется с помощью двух приемников давления. Однако частотный диапазон, в котором может проводиться градуировка, весьма ограничен (3 - 2500 Гц), расширение диапазона требует значительного увеличения веса установки, с помощью которой проводятся измерения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ градуировки гидроакустических приемников градиента давления в незаглушенном гидробассейне. Способ заключается в размещении в поле сферической волны образцового приемника давления и градуируемого приемника при совпадении его оси наибольшей чувствительности с направлением нормали к фронту волны, измерении электрических сигналов с выходов приемников (Up и Ug) и расчета по результатам измерений чувстви |

СА) Ю СЛ О

тельности приемника градиента давления

Уд по формуле

Уд I К

U

Ј.

1

Up rP° V1+1/K2r2

где Уро чувствительность образцового приемника давления; к - In f/c; f - частота звукового сигнала; с - скорость звука в среде измерения; г - расстояние между фазовыми центрами излучателя и приемника,

К недостаткам известного способа можно отнести то, что он позволяет с требуемой точностью проводить градуировку только тех приемников градиента давления, которые в силу своих конструктивных особенностей воспринимают принципиально только градиент давления, а на другие компоненты звукового поля (например, давление) реагировать не могут.

Однако в ряде случаев приемники градиента давления имеют паразитную чувствительность к давлению, которая, в частности, определяет минимум их характеристики направленности. К таким приемникам относятся, например, те. в которых сигнал, пропорциональный градиенту давления, получается в результате вычитания двух или нескольких сигналов,, пропорциональных давлению. При градуировке таких приемников известным способом возникает значительная погрешность.

Цель изобретения - повышение точности и информативности градуировки.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации способа градуировки приемника градиента давления; на фиг. 2 - графики.

Устройство включает в себя излучатель 1, создающий сферическую волну, образцовый приемник 2 давления, градуируемый приемник 3 градиента давления, узел 4 вращения приемника градиента давления вокруг оси, проходящей через его фазовый центр перпендикулярно оси наибольшей чувствительности.

Излучающий тракт, помимо излучателя 1, включает в себя перестраиваемый генератор 5 звуковых частот и усилитель б мощности.

Приемный тракт, помимо приемника, включает в себя предварительный усилитель 7, узкополосный фильтр 8, самописец 9 уровня, Образцовый приемник давления и приемник градиента давления могут размещаться либо по очереди в одной точке поля, либо одновременно в таких точках поля, в которых его параметры (давление, его градиент) одинаковы.

Способ градуировки приемника градиента давления осуществляют следующим образом.

В гидроакустическом бассейне (звукомерной камере, водоеме) в точке, равноудаленной от его границ, размещают излучатель 1, формирующий сферическую звуковую волну, 8 поле сферической волны на равном расстоянии от излучателя размещают образцовый приемник 2 давления и градуируемый приемник 3 градиента давления. Приемник 3 градиента давления устанавливают таким образом, чтобы его ось 10 наибольшей чувствительности совпадала с

направлением нормали 11 к фронту излучаемой волны. Величина г, соответствующая расстоянию между фазовыми центрами излучателя и приемника, должна удовлетворять следующим условиям:

r«a/2,kr 1, (Lu +Ln )/A,

где А c/f, k 2 л/А, Lu, Ln - габаритные размеры излучателя и приемника соответственно; а - наименьший размер бассейна (глубина водоема); с - скорость звука в среде; f - частота излучаемого сигнала.

Производят изменение электрических сигналов с выходов приемника 3 градиента

давления и образцового приемника 2 давления. Далее приемник 3 градиента давления поворачивают на 180° вокруг оси, проходящей через его фазовый центр, перпендикулярно оси наибольшей чувствительности, и

повторяют измерение электрического сигнала с его выхода.

Величина напряжения Ug на выходе градуируемого приемника 3 градиента давления в поле сферической волны составит

Ug Ур/2 + 7/Уд//УР/СОЗ в +

/yg/2cos20(k2

1 «1/2

г2

)

где Р Ур0 Up, Up - напряжение на выходе образцового приемника 2 давления, чувст- вительность которого ур0; уд, ур - чувствительности приемника градиента давления к градиенту давления и давлению соответственно; 0-угол между осью наибольшей чувствительности приемника и нормалью к п волновому фронту,

В условиях сферической волны величины напряжений Ugi , U92 на выходе приемника градиента давления, обладающего чувствительностью к давлению, соответствующие в- 0° и 0 180°, отличаются друг от друга на величину

ug1-ug2 /p/ y/V/V.

Измерив значения Ugi и U92, рассчитывают значение чувствительности уд приемника градиента давления к градиенту давления из выражения

Al+ HK2r2 + 1)Ai а2(1-М/К2г2)

и чувствительность ур приемника-градиента давления к давлению из выражения

/yP/ A2r/2/yg/,

rfleAi-(ul + ul2)/2P2;

A CUgT-ul P2;

Р УРО Up; k 2 лГ/с.

Величина /ур/ определяет чувствительность приемника градиента давления в минимумах характеристики направленности.

Измерения по предлагаемому способу, могут быть использованы и для градуировки комбинированных приемников, имеющих каналы, сигналы на выходе которых пропорциональны градиенту давления и давлению.

Формула изобретения

Способ градуировки приемника градиента давления, заключающийся в размещении в поле сферической волны на равном расстоянии от излучателя образцового приемника давления и градуируемого приемника градиента давления при совпадении его оси наибольшей чувствительности с направлением нормали к фронту волны, измерении электрических сигналов с выходов преим- ников и расчете по результатам измерений чувствительности приемника градиента

0

5

давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности градуировки после измерения сигналов с выходов приемника градиента давления и образцового приемника давления, приемник градиента давления поворачивают на 180 вокруг оси, проходящей через его фазовый центр перпендикулярно оси наибольшей чувствительности, повторяют измерения электрического сигнала с выхода приемника градиента давления, а при расчете находят чувствительность у8 приемника градиента давления к градиенту давления из выражения

V / /Х9А ±

АЬ(К2г2 + 1)А

2(1 +1/К2г2)

и чувствительность ур приемника градиента давления к давлению из выражения

/yP/ A2r/2/yg/,

-ж л uai + Ug2 25 ГДе А1 - я ,2«.

А2

30

Ugi-Ugz. 2 Р2

P Xp0UP;

k 2jrf/c,

Ugi - Ug2 - напряжение на выходе приемника градиента давления до и после поворота на 180°;

ХРО чувствительность образцового приемника давления;

Up - измеренное напряжение на его выходе;

г- расстояние между фазовыми центрами излучателя и приемников;

f - частота излучаемого сигнала;

с - скорость звука в среде.

Применение: акустика. Сущность изобретения: при проведению градуировки приемников градиента давления, заключающейся в размещении градуируемого приемника градиента давления и образцового приемника давления в поле сферической волны, причем ось наибольшей чувствительности приемника совпадает с нормалью к фронту волны, и измерении электрических сигналов с выходов приемников, приемник градиента давления затем поворачивают на 180° относительно оси, проходящей через его фазовый центр перпендикулярно оси наибольшей чувствительности, повторяют измерение электрического сигнала с его выхода и его результат используют вместе с предыдущими для расчета чувствительности приемника градиента давления к градиенту давления и давлению. 2 ил.

vo

k

Н

J

Ǥ

OM

«

}

и Ч|

Ж

и

Ј

S