Способ определения чувствительности электроакустического преобразователя методом взаимности Советский патент 1992 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при калибровке электроакустических преобразователей.

Известны способы определения чувствительности электроакустических преобразователей методом взаимности,

основанные на том, что при измерениях используют электроакустические преобразователи, один из которых является обратимым (линейным и пассивным) и для него отношение чувствительности в режиме приема к чувствительности в режиме излучения является постоянной величиной, называемой параметром взаимности С,

который зависит от свойств акустической среды, частоты и граничных условий 1.

Известен способ самовзаимности, когда обратимый преобразователь излучает акустические импульсы и принимает отражение от преграды 2. Способ целесообраз- но использовать при отражающих свойствах преграды, близких к идеальным,

Наиболее близким к предлагаемому является стандартный способ взаимности 3, в котором для определения чувствительности используют три преобразователя. В соответствии со стандартным способом взаимности, акустические колебания излучают вспомогательным преобразователем и принимают их испытуемым преобразователем, затем излучают акустические колебания обратимым преобразователем и принимают их испытуемым преобразователем, а чувствительность испытуемого преобразователя определяют по данным о токах и напряжениях на электрической стороне преобразователей и о параметре взаимности С. Параметр взаимности определяют расчетным путем для того типа волн, которыми аппроксимировано реальное акустическое поле, возникающее в процессе эксперимента по определению чувствительности, Использование расчетного значения параметра взаимности вносит в измерения чувствительности систематическую погрешность и снижает достоверность измерений в реальных акустических полях.

Целью изобретения является повышение достоверности измерений чувствительности и электроакустических преобразователей путем экспериментального определения параметра взаимности.

Поставленная цель достигается тем, что в способ определения чувствительности электроакустического преобразователя методом взаимности, заключающийся в излучении акустических колебаний вспомогательным преобразователем и приеме их испытуемым преобразователем, излучении акустических колебаний обратимым преобразователем и приеме их испытуемым преобразователем, расчете чувствительности испытуемого преобразователя поданным о токах и напряжениях на электрической стороне преобразователей и о параметре взаимности С, введены новые признаки: перед расчетом чувствительности испытуемого преобразователя его замещают комбинированным приемником давления и колебательной скорости, настраивают приемник на максимальную чувствительность по давлению, сканируя его характеристику направленности по давлению, измеряют акустическое давление Ро комбинированным приемником, настраивают комбинированный приемник на максимальную чувствительность, сканируя его характеристику направлен.ности колебательной скорости,

измеряют комбинированным приемником распределение нормальной составляющей колебательной скорости Vn по замкнутой поверхности S, охватывающей обратимый преобразователь за пределами волновой зоны Френеля, рассчитывают значения объемной колебательной скорости V /VndS и

S

определяют параметр взаимности С как отношение объемной колебательной скорости

V к акустическому давлению Ро.

Если сечения характеристики направленности обратимым преобразователем при излучении им акустического сигнала в сферической системе координат под углами

одинаковы, распределение нормальной составляющей колебательной скорости измеряют комбинированным приемником по двум замкнутым окружностям в двух вза- имноперпендикулярных плоскостях Vn

($)(#) , а значение объемной колебательной скорости рассчитывают по формуле

2л:2Я

V / Vn(y)dy / Vn(0)sln0d0.

Р 0в - Q

Если излучение акустического сигнала, осуществляемое обратимым преобразователем, имеет неравномерность характеристики направленности только в одной

плоскости, распределение нормальной составляющей колебательной скорости измеряют комбинированным приемником по замкнутой окружности радиуса г, а объем- ную скорость определяют по формуле

7Г

V 2 Jtr / Vn(#)sin#d0. в о

Для определения нормальной составляющей колебательной скорости вращают комбинированный приемник вокруг обратимого преобразователя или наоборот.

На чертеже представлено устройство

для реализации предложенного способа.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1, переключатель 2, к входам которого подсоединены акустически связанные между собой обратимый

преобразователь 3, вспомогательный преобразователь 4, испытуемый преобразователь 5, а также усилитель 6, фильтр 7, регистратор 8. Омическое сопротивление 9 подключено к генератору 1 и переключателю 2. Комбинированный приемник 10, механически связанный с поворотным устройством 11, подключен к выходу блока формирования приема акустического давления, его градиента (колебательной скорости) и сканирования 12, вход которого соединен с переключателем 2. Устройство содержит также последовательно-параллельно соединенные накапливающий сумматор 13, первый и второй блоки памяти 14 и 15, делитель 16, блок памяти параметра взаимности 17 и вычислитель 18, вход которого соединен с выходом фильтра 7,второй вход - с выходом блока памяти параметра взаимности 17, а выход - с входом регистратора 8. Синхровходы блока управления 19 соединены ссинхровходами переключателя 2, блока памяти параметра взаимности 17, делителя 16, первого и второго блоков памяти 14 и 15, накапливающего сумматора 13, вычислителя 18 и регистратора 8.

С помощью этого устройства определена чувствительность сферического преобра- зователя. Измерения проводили в безграничной среде. В качестве вспомогательного и обратимого преобразователей использованы сферическое преобразователи с патрубком. Наличие патрубка в процессе излучения приводит к искажению сферического поля в горизонтальной плоскости.

Реализация способа осуществляется следующим образом Сначала производят измерение параметра взаимности С. Для этого испытуемый преобразователь 5 замещают комбинированным приемником 10, который может быть выполнен, например, из двух сферических гидрофонов. Производят излучение акустических колебаний обратимым преобразователем 3. С помощью блока формирования приема акустического давления, его градиента и сканирования 12 переключают комбинированный приемник на режим измерения градиента давления (колебательной скорости), настроив комбинированный приемник на максимальную чувствительность по колебательной скорости. Вращая комбинированный приемник 10 с помощью поворотного устройства 11 в горизонтальной плоскости вокруг обратимого преобразователя 3, находят значения объемной скорости, используя для интегрирования накапливающий сумматор 13 Значения заносят в первый блок памяти 14. Возвращают комбинированный приемник 10 в исходное положение. Посредством блока 12 переводят комбинированный приемник 10 в режим измерения акустического давления, настроив его на максимальную чувствительность по давлению Измеряют

Ро и значение Р0 заносят во второй блок памяти 15. Далее комбинированный приемник замещают испытуемым приемником 5 и производят операции стандартного способа взаимности: излучают вспомогательным преобразователем 4 и принимают акустические колебания испытуемым преобразователем 5, заносят данные о напряжении на его выходе Щ,5 в память вычислителя 18

Принимают эти колебания обратимым преобразователем 3, заносят данные о напряжении на его выходе 1)4.3 в память вычислителя 18, излучают обратимым преобразователем 3, принимают акустические

колебания испытуемым преобразователем 5, заносят данные о напряжении 11з,5 на выходе испытуемого преобразователя 5 и о токе i через обратимый преобразователь 3 в вычислитель 18. Производят расчет чувствительности по алгоритму:

УР

VC

LU.3i

-vGT/

Р„ I

U3.5 U4.5

ikai

Формула изобретения

1. Способ определения чувствительности электроакустического преобразователя методом взаимности, заключающийся в излучении акустических колебаний вспомогательным преобразователем и приеме их испытуемым преобразователем, излучении

акустических колебаний обратимым преобразователем и приеме их испытуемым преобразователем, расчете чувствительности испытуемого преобразователя по данным о токах и напряжениях на электрической стороне преобразователей и о параметре взаимности С, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности путем экспериментального определения параметра взаимности, перед расчетом чувствительности испытуемого преобразователя его замещают комбинированным приемником давления и колебательной скорости, настраивают комбинированный приемник на максимальную чувствительность по давлению, сканируя его характеристику направленности по давлению, измеряют акустическое давление Р0 комбинированным приемником, настраивают комбинированный приемник на максимальную

чувствительность по колебательной скорости, сканируя его характеристику направленности колебательной скорости, измеряют комбинированным приемником распределение нормальной составляющей колебательной скорости Vn по замкнутой

поверхности S, охватывающей обратимый преобразователь за пределами волновой зоны Френеля, рассчитывают значение объемной колебательной скорости V / VndS и

S

определяют параметр взаимности С как отношение объемной колебательной скорости V к акустическому давлению Ро.

2. Способ по п. 1, от л и ч а ю щи и с я тем, что излучение акустического сигнала осуществляют обратимым преобразователем, сечения характеристики направленности которого под углами сферической системе координат одинако- вы, распределение нормальной составляющей колебательной скорости измеряют комбинированным приемником по двум замкнутым окружностям в двух взаимно перпендикулярных плоскостях Vn (ff) и Vn (p) , а значение объемной колебательной скорости рассчитывают по формуле

гп171

V / Vn(p)dy / Vn(()sin0d-0. p oв о

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что излучение акустического сигнала осуществляют обратимым преобразователем с неравномерной характеристикой направленности в одной плоскости, распределение нормальной составляющей колебательной скорости измеряют комбинированным приемником по замкнутой окружности с радиусом г, а объемную колебательную скорость рассчитывают по формуле

л:

V

2 тег / Vn(0)sin0d0. в о

4.Способ по пп, 1-3, отличающий- с я тем, что при измерении распределения нормальной составляющей колебательной скорости Vn вращают комбинированный приемник вокруг обратимого преобразователя.

5.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что при измерении распределения нормальной составляющей колебательной скорости Vn вращают обратимый преобразователь вокруг комбинированного приемника.

Использование: в области акустических измерений. Сущность изобретения: излучают акустические колебания вспомогательным преобразователем и принимают их испытуемым преобразователем. Экспериментально определяют параметр взаимности С, рассчитывают чувствительность испытуемого преобразователя по данным о токах и напряжениях на электрической стороне преобразователей и о параметре взаимности С. Экспериментальное определение параметра взаимности осуществляют путем замещения испытуемого преобразователя комбинированным приемником давления и колебательной скорости. Далее излучают обратимым преобразователем, после чего комбинированным приемником, настроив его на максимум чувствительности по давлению, измеряют акустическое давление, создаваемое обратимым преобразователем, настраивают комбинированный приемник на максимум чувствительности по колебательной скорости и измеряют распределение нормальной составляющей колебательной скорости Vn по замкнутой поверхности S, охватывающей обратимый преобразователь за пределами волновой зоны Френеля, а затем определяют параметр взаимности С как отношение объемной колебательной скорости V к акустическому давлению Р0, т.е. С V/P0, где V /VndS. Распределение нормальной S составляющей колебательной скорости определяют, вращая комбинированный приемник вокруг обратимого преобразователя или наоборот. При неравномерности акустического поля, вызванной неравномерностью направленных свойств обратимого преобразователя, распределение нормальной составляющей колебательной скорости определяют только в тех плоскостях где эта неравномерность проявляется. (Л С XJ Os iO О $