Способ определения абсолютной амплитуды давления акустической волны Советский патент 1992 года по МПК G01H3/10 

со

с

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для абсолютной калибровки акустических прербразователей. Цель - повышение точности и расширение диапазона частот измерений. Цель достигается за счет того, что в качестве жидкой среды, в которой возбуждают колебания, используют жидкость, поглощение которой в диапазоне от 0,1 до 20 см уменьшается с повышением температуры, в качестве информативного параметра используют относительное изменение К во времени амплитуды давления в акустической волне на заданном расстоянии L от источника возбуждения в направлении распространения, а абсолютную амплитуду Р давления акустической волны рассчитывают по формуле. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для абсолютной калибровки акустических преобразователей.

Известен способ определения абсолютного значения давления акустической волны, заключающийся в том что измеряют давление излучения с помощью радиометра, представляющего собой легкое тело, например шарик, размеры которого много больше длины звуковой волны и по результатам измерений определяют амплитуду давления акустической волны

Недостаток способа состоит во влиянии на показания радиометра потоков жидкости, например конвективных потоков, акустических течений. Это снижает точность и ограничивает диапазон измеряемых амплитуд.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения абсолютного значения давления акустической волны, заключающийся в том, что акустический пучок частоты f подают в жидкую среду, обеспечивающую нелинейное распространение звуковой волны, с помощью датчика, помещенного в среду.измеряют изменение параметра звукового пучка и по этому изменению определяют амплитуду давления в пучке. В качестве измеряемого параметра выбирают амплитудно-частотный спектр регистрируемого сигнала и по относительному изменению спектра сигнала с расстоянием определяют давление в звуковой волне

Недостатком способа является низкая точность, ограниченная точностью определения линейного параметра у, ответственного за изменение спектра и дифVI VI

ю о со

ракционными явлениями, влияние которых на результаты измерений зависит от расстояния, на котором измерения проводятся. Дифракционные явления не позволяют применять этот способ при частотах f меньше 200 кГц.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона частот измерений абсолютной амплитуды давления акустической волны. Это позволит повысить достоверность акустических измерений и увеличить эффективность технологических применений звука.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу абсолютного определения амплитуды давления акустической волны, акустическую волну возбуждают а жидкой среде, поглощение в которой в диапазоне от 0,1 до 20 см уменьшается с повышением температуры, в качестве информативного параметра используют относительное изменение К во времени амплитуды давления в акустической волне на заданном расстоянии от источника возбуждения в направлении распространения, а абсолютную амплитуду Р давления акустической волны рассчитывают по формуле

Р {1 ср Vet d/dT In f К exp (50 L) (1)

1/2

K)/(exp(5oL)-K}J}y

где д0 - поглощение в среде в начальный момент времени:

с0 /оТ - производная поглощения по температуре;

р- плотность среды

Ср - изобарическая теплоемкость;

t - время, за которое происходит увеличение сигнала в К раз.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию новизна. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

Диапазон значений поглощения в среде определяется тем, что при поглощении меньше 0,1 для реализации способа расстояние L должно превышать несколько десятков сантиметров, что вызывает значительное снижение точности вследствие дифракционных явлений. При поглощении в среде, больше 20 для реализации способа требуется интенсивности звука более 510 Вт/см , при меньших интенсивностях велико влияние теплоотвода за счет теплопроводности из области распространения волны, что искажает результаты измерений

и снижает точность.

На чертеже изображена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит электроакустически последовательно соединенные генератор 1 гармонических колебаний (например, Г4-117), источник 2 {например, льезоизлу- чатель) и приемник 3 (например, пьезодат- чик), помещенные в жидкую среду (например, триацетин), акустические параметры р, Ср , д, d 5/dT которой известны, усилитель 5 и самописец 6.

Сущность способа заключается в следующем.

С помощью источника 2 в среде возбуждают акустическую волну. Далее осуществляют непрерывную регистрацию сигнала самописцем б и определяют промежуток времени t, через который уровень возрастает в К раз относительно начального уровня.

Абсолютная амплитуда Р акустической волны определяется из соотношения (1).

Способ с помощью устройства осуществляют следующим образом.

С помощью генератора 1 электрических сигналов и излучателя 2, например пьезоэлектрического, в среде 4 возбуждают акустическую волну. С помощью датчика 3, например, пьезодатчика, осуществляют прием сигнала на расстоянии L от излучения и с помощью усилителя 5 и самописца б определяют временную зависимость сигнала на расстоянии L от источника. По этой временной зависимости определяют время t после включения

источника, за которое сигнал возрастает в К раз, и по формуле (1)рассчитывают абсолютное значение давления акустической волны.

Параметры примеров конкретного

осуществления способа сведены в таблицу.

Способ практически не содержит ограничений на диапазон частот f ультразвуковой волны и на диапазон измеряемых

значений давлений Р. Точность способа не хуже 2%.

Формула изобретения Способ определения абсолютной амп- литуды давления акустической волны, заключающийся в том, что в жидкой среде возбуждают акустическую волну, принимают прошедшую через среду волну, измеряют ее информативный параметр и по нему

вычисляют амплитуду давления возбуждаемой акустической волны, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона частот измерений, в качестве жидкой среды, используют жидкость, поглощение которой в диапазоне от 0,1 до 20 см уменьшается с повышением температуры, в качестве информативного параметра используют относительное изменение К во времени амплитуды давления в акустической волне на заданном расстоянии L от источника возбуждения в направлении распространения, а абсолютную амплитуду Р давления акустической волны рассчитывают по формуле

P«{1/t /3 Cp2/(di/dT) x

у in Г Kexp(d0L)-K -i 1/2 Х ln L exp(U-K J

где до - поглощение в среде в начальный момент времени,

dd /dT - производная поглощения по температуре;

р- плотность среды;

Ср - изобарическая теплоемкость среды;

t- время, за которое происходит увеличение сигнала в К раз.