Датчик для акустических измерений Советский патент 1993 года по МПК G01H1/08 

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, а именно к устройствам для преобразования звуковых колебаний в электрические.

Целью изобретения является повышение чувствительности датчика для акустических измерений пространственного вектора интенсивности акустического поля.

На фиг. 1 и 2 изображен предложенный датчик для акустических измерений.

Датчик для акустических измерений содержит инерционный, например, сферический корпус 1, в котором на равных расстояниях от центра сферы в трех взаимно ортогональных направлениях установлены приемники 2 колебательной скорости по два на каждой оси на противоположных концах. Приемники колебательной скорости к корпусу крепятся с помощью гибкой подложки 3. К каждому приемнику 2 посредством оси 4 крепится чувствительный элемент .5, который состоит из нескольких жестко связанных между собой и равноудаленных друг от друга секторов выпуклой формы. Оптимальное количество -секторов определяется по конкретным условиям, исходя из поставленных задач, в зависимости от рабочей частоты и требуемой чувствительности. Чувствительный элемент 5 посредством осей 4, мембран б и жестких связей 7 механически соединен с инерционным корпусом 1. Внутри корпуса встроен приемник 8 давления, при этом акустический центр приемника давления и всего датчика акустических измерений должен совпадать с геометрическим центром сферы и центром масс всей конструкции.

Датчик для акустических измерений работает следующим образом.

Звуковая волна, падающая, к примеру, в направлении Б на датчик акустических измерений, перемещает в том же направлении чувствительный элемент 5 по сои а-а. Чувствительный элемент 5, имеющий волновое число, равное волновому числу окружающей среды, колеблется с той же скоростью, что и частицы среды, и передает энергию звуковой волны на приемник 2 колебательной скорости, который под действием оси 4 деформируется и дает электрический сигнал.

Консольному смещению другой группы секторов чувствительного элемента 5, расположенных перпендикулярно направлению прихода звуковой волны, препятствуют мембраны 6, которые звукопрозрачны и имеют гибкость только в осевом направлении.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в повышении

чувствительности и направленности датчика для акустических измерений при из- мерении пространственного вектора интенсивности акустического поля и достигается за счет того, что значительно увеличивается площадь чувствительного элемента Зчэ и пропорционально увеличивается сила воздействия звуковой волны на приемники. Сила воздействия звуковой волны по второму закону Ньютона

Fan ГТЬ Јс,

где Јс - колебательное ускорение частиц « среды;

ms - соколеблющаяся масса среды. Так как

ms m 3,

где m - удельная соколеблющаяся масса; S - площадь колеблющейся поверхности,

Рзв m S Јс.

Выполнение чувствительного элемента по типу слоистой звукопрозрачной структуры обеспечивает значительное увеличение площади чувствительного элемента без заметного увеличения габаритов и массы датчика. Общая площадь одного слоя чувствительного элемента приблизительно равна (для выпуклых секторов малой то л шины) удвоенной площади шара (Зш л: D ). умно- женной на коэффициент заполнения сферической поверхности. Коэффициент определяется как отношение площади выпуклых сферических секторов одного слоя к площади описываемой сферы. В зависимо- сти от размещения и геометрии выпуклых секторов К 0,5-1,5 (К 1 для случая, когда

выпуклые сектора в одном слое смещены в радиальном направлении и частично перекрывают друг друга),

45

S K-27TD2.

Для n-слойного чувствительного элемента с диаметром серединного слоя ЬСр

50

Зчэ К 2 П D

ср

5

Механическое разделение чувствительного элемента на группы по ортогональным направлениям и установка мембран, обладающих гибкостью только в одном направлении, позволяют подавлять паразитные (консольные) колебания чувствительного элемента и повышают его избирательную чувствительность к векторным составляющим акустического поля. За счет этого улучшается отношение сигнал/помеха, определяющее пороговую чувствительность, и по- вышаются. помехоустойчивость и направленность акустического датчика. Формула изобретения Датчик для акустических измерений, содержащий инерционный корпус, чувствительный элемент, соединенный посредством упругой связи с инерционным корпусом, три пары приемников колеба; тельной скорости, связанных с чувствительным элементом, расположенным на трех взаимно перпендикулярных осях на равных расстояниях от центра инерционного кор

пуса, и приемник давления, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при измерении пространственного вектора интенсивности акустического поля, упругая связь выполнена в виде мембраны, гибкой в осевом направлении, чувствительный элемент выполнен много- секционным, каждая секция содержит установленные на оси оппозитно две группы секторов, ось каждой группы секторов одним концом жестко связана с одним из приемников колебательной скорости, а другим - с центром мембраны, края которой жестко связаны с инерционным корпусом.

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, а именно кус- тройствам для преобразования звуковых колебаний в электрические. Цель - повышение чувствительности датчика для акустических измерений пространственного вектора интенсивности акустичебкого поля. Цель достигается тем, что датчик содержит чувствительный элемент 5. инерционный корпус 1, приемники 2 колебательной скорости. Сфера встроенные в инерционный корпус на равных расстояниях от центра сферы в трех взаимно ортогональных направлениях по два приемника на каждую ось. Чувствительный элемент 5 установлен отдельно на каждом приемнике колебательной скорости и состоит из нескольких жестко связанных между собой и равноудаленных друг от друга секторов выпуклой формы. Ось связи секторов с обоих концов посредством гибких в осевом направлении мембран закреплена к инерционному корпусу. За счет того, что значительно увеличивается площадь чувствительности элемента (бей заметного увеличения габаритов и массы датчика) и пропорционально увеличивается сила воздействия звуковой волны на приемники, конструктивное выполнение датчика позволяет подавлять паразитные (консольные) колебания чувствительного элемента и повышает его избирательную чувствительность к векторным составляющим акустического поля.2 ил. & Ё 00 ю о Ю ю 00