Изобретение относится к области акустики и может быть использовано при нет разрушающем контроле тонкостенных материалов методом акустической эмиссии, а также для определения направления на акустический источник в газообразной и жйдкойсреде.
Цель изобретения - упрощение реализации способа за счет сокращения числа преобразователей и повышение достоверности за счет исключения влияния акустической тени при измерении в жидкой или газообразной средах.
На фиг. 1 приведен пример реализации способа, где звукопоглощающий материал размещен только вокруг одного из приемников; на фиг.1б - соответствующая тариро- вочная зависимость.
На фиг.2 приведен пример реализации способа, где звукопоглощающий материал
размещен вокруг каждого приемника, а разрез в плоскости определения направления представляет собой площади, контуры которых описываются спиралью Архимеда; на фиг.2б - соответствующая тарировочная зависимость.
Нафиг.З а приведен пример реализации способа, когда звукопоглощающий материал расположен таким образом, что разрез в плоскости определения направления представляет собой площадь с контуром в виде эллипса; на фиг.Зб - соответствующая тарировочная зависимость. .На фиг. 1-3 введены следующие обозначения;
1, 2 - акустические приемники;
3 - звукопоглощающий материал в разрезе в плоскости определения направления;
00
ю о
00
ю го
АВ - путь распространения акустического импульса в толще звукопоглощающего материала к приемнику 1:
CD - путь распространения акустического импульса в толще звукопоглощающего материала к приемнику 2.
q . волновой вектор акустического импульса на фронте волны,
р- направление на источник акустических сигналов;
In
Ui
--логарифм отношения ампли- U2 туд сигналов.
Способ осуществляется следующим образом.
Акустические приемники 1 и2(фиг.1-3) устанавливают в зоне приема в плоскости определения направления (совпадает с плоскостью чертежа). Помещают вокруг приемников 1 и 2 звукопоглощающий материал 3 определенной формы (разрез в плоскости определения направления заштрихован).
В направлении приемников 1 и 2 от источника распространения акустический сигнал (плоская волна), характеризующийся (в плоскости определения направления) волновым вектором q. Волновой вектор q определяет направление- р на источник акустических сигналов.
Достигнув боковой поверхности звукопоглощающего материала 3, акустический сигнал проходит в его толщу, где по мере продвижения более интенсивно затухает, При этом амплитуда сигнала уменьшается в зависимости от длины пути прохождения сигналом в толще материала 3. До приемника 1 акустический импульс пройдет путь АВ, а до приёмника 2 - путь СД. В зависимости от направления изменяется соотношение путей АВ и СД, а следовательно, и соотношение амплитуд сигнала, измеряемых приемниками 1 и 2.
До измерений для приемников 1, 2 и звукопоглощающего материала 3 определяют тарировочную зависимость (фиг. 16, 26, 36) отношения амплитуд Ui и акустического сигнала, измеренных приемниками 1 и 2 от направления чр прихода сигнала. Получением тарировочной зависимости типа приведённых на фиг, 16,26. 36 заканчивается подготовка к измерениям.
0
5
С целью расширения области определения направления, получения тарировочной зависимости, а также обеспечения постоянства углов падения и преломления на боковой поверхности звукопоглощающего материала для всех направлений, располагают звукопоглощающий материал вокруг одного из приемников (фиг.1а). При этом сечение звукопоглощающего материала представляет собой площадь, контур которой описывается спиралью Архимеда. Тари- ровочная зависимость приведена на фиг. 16. этч зависимость достаточно точно описывается функциональным выражением
f--&
In
Ul
U2
О «р 360° (1)
где и - коэффициент затухания, k - коэффициент. Область определения в этом случае 0 # 360 °.
При измерениях определяют отноше- ние U1/U2 или In Ui/L)2 и затем по тарировечной зависимости (фиг.16) или функциональной зависимости (1) определяют направление р на источник акустических сигналов.
С целью повышения эффективности получения тарировочной зависимости посредством упрощения процедуры настройки приемников на равную чувствительность, помещают звукопоглощающий материал 3 (фиг.2а) отдельно вокруг каждого приемника 1 и 2. Сечение звукопоглощающего материала представляет собой площади, контуры которых описываются спиралью Архимеда. Тарировочная зависимость приведена на фиг.2б. эта зависимость достаточно точно
описывается выражениями: 1 U 1
U 2
45
90°(1-НП1ШГ
1 +180°
(2)
Выражение (2) означает, что направления 50 р 1 + 180° неразличимы, т.е. дают одно и то же отношение Ui/U2 .
Изобретение относится к области акустики и может быть использовано для нераз- ру ш а ю щего ко нтрол я тон косте н н ых материалов методом акустической эмиссии. Целью изобретения является упрощение реализации за счет уменьшения числа преобразователей. При осуществлении способа вокруг одного или обоих преобразователей располагают слой звукопоглощающего материала. Для повышения достоверности за счет исключения влияния акустической тени при измерении в жидкой или газообразной среде преобразователи со слоями звукопоглощающего материала располагают на разных уровнях относительно плоскости Определения направления на источник акустических сигналов. Применение звукопоглощающего материала обеспечивает необходимое затухание акустического сигнала, а определенная его форма позволяет по тарировочным зависимостям отношения амплитуд акустических сигналов однозначно определить направление на источник. 1 -ЗЛ1.Ф-ЛЫ. 3 ИЛ. w fe
Затем измеряют амплитуды Ui и U2 акустического сигнала источника, зарегистрированного приемником1 и 2. определяют их отношение Ui/U2, а затем, используя соответствующую тарировочную зависимость .16, :2б. 36, определяют направление знэ источник акустических сигналов.
При измерениях определяют отношение Ui / U2 амплитуд сигнала источника
или In -г:- . затем по тарировом.ной зависимости (фиг.2б) или функциональной зависимости (2) определяют направление р на источник акустических сигналов.
С целью исключения влияния акустической тени на каждый из приемников от звукопоглощающего материала, прилагающего к другому приемнику, располагают вокруг приемников 1,2 (фиг.За) звукопоглощающий ма- териал 3, разрез которого в плоскости определения направления (совпадает с плоскостью чертежа) представляет собой площадь с контуром в виде эллипса и располагают этот материал 3 так, чтобы аку- стические приемники 1 и 2 находились бы в фокусах эллипса. Для приемников 1,2 и звукопоглощающего материала 3 сечением в виде эллипса тарировочная зависимость приведена на фиг.Зб. Эта зависимость до- статочно точно описывается выражениями:
р 1 arccos
«Р
Ј1п
U1 U2
V1 +(lrTUi/U2 у2,
иаР J рг Ф )
где с |.
с - фокусное расстояние; а - большая полуось эллипса:
Р
а2-с2
При измерениях определяют отноше- ние Ui/L)2 или In Ui/U2. а затем по тариро- вочной зависимости (фиг.Зб) или функциональной зависимости (3) определяют направление на источник акустических сигналов.
При измерениях в жидкой и газообразной среде, с целью исключения влияния акустической тени и повышения, таким образом, достоверности, располагают акустические приемники 1 и 2 со своими час- тями звукопоглощающего материала 3 в зоне приема на разных уровнях по отношению к плоскости определения направления. один под другим..
При измерениях определяют отношение U1/U2 или lnUi/U2. а затем по соответствующим тарировочным зависимостям фиг. 16. 26 или функциональным зависимостям (1) и (2) определяют направление на источник акустических сигналов.
Пример. Акустические приемники 1 и 2 (см,фиг. 1 а) из пьезокерамики ЦТС-19 диаметром 0,01 м устанавливали на поверхности тонкого дюралюминиевого листа толщиной 2 мм (совпадает с плоскостью чертежа и плоскостью определения направления) на расстоянии 0,32 мм друг от друга. Вокруг приемника 2 наклеивали звукопоглощающую накладку 3 из каучуковой рези- ны толщиной 3 мм, контур которой описывается спиралью Архимеда.
.r°+-m-« 0 у 360° (4)
20
30
35 40
где г0- радиус приемников 1.2: k- коэффициент; Г2- определяется расстоянием CD. В данном конкретном примере г0 0,005 м, k 0.1. Звукопоглощающая накладка обеспечивал затухание акустических колебаний с
коэффициентом затухания а 10- . .
м
До измерений для приемников 1, 2 и звукопоглощающего .материала 3 с помощью дополнительного датчика-излучателя, последовательно устанавливаемого с различных направлений по отношению к приемникам 1 и 2, определяли тарировоч- ную зависимость (фиг 16) отношений амплитуд Uv и 1J2 сигналов датчика-излучателя, измеренных приемниками 1 и 2 от направления (р на датчик-излучатель. Тарировочная зависимость (фиг. 16) для данного примера может быть заменена функцио- пальмой зависимостью (1), где нужно принять
a iol;i o,r
П р и м е р 2. (фиг.2а). В данном примере в отличие от примера 1 звукопоглощающая накладка помещалась также вокруг приемника 1, контур первой накладки описывается выражениями:
О
(180-у),
П
(5)
(5ч0-у),
где п - определяется расстоянием АВ, k 0,1. Тарировочная зависимость, полученная тем же методом, что и в предыдущем примере, приведена на фиг.2б. Она может быть заменена функциональной зависимостью (2).
П р и м е р 3. Звукопоглощающий материал 3 представляет собой эллиптический цилиндр высотой 0.3 м, который изготовлен из множества слоев каучуковой резины путем их склеивания. Сечение эллиптического цилиндра представляет собой эллипс с размерами а 0,08 м, с 0.07 м. При изготовлении эллиптического цилиндра в его толщину
были заделаны два акустических приемника 1 и 2. которые расположены в фокусах эллипса 3 среднего сечения цилиндра (совпадает с плоскостью чертежа и плоскостью определения направления).
Измерения проводились в воде. Была определена тарировочная зависимость (фйг.Зб). Эта зависимость может быть заменена функциональным выражением (3). в котором следует положить ;
а 1(Ц, Е 0,875, Р - 0.01875 м. - М .
Приведенные выше примеры 1 и 2 лизаций способа обладают существенным преимуществом по сравнению с примером 3. заключающемся в том, что угол падения акустического луча на боко.вую поверхность звукопоглощающего материала 3 вллоско- сти определения направления всегда одинаков для всех направлений прихода, что не вносит дополнительных искажений в картину преломления акустического луча. Помимо этого, указанные примеры 1, 2 имеют линейные тарировочные зависимости (фиг.1би2б).
С другой стороны, примеры 1 и 2 по сравнению с примером 3 имеют недостаток, заключающийся в возможности попадания приемника 1 в акустическую тень приемника 2 с его частью звукопоглощающего материала и наоборот. В примере 3 этот недостаток отсутствует.
При работе в жидкой и газообразной среде, чтобы исключить влияние акустической тени (примеры 1 и 2}, необходимо приемники 1, 2 со своими частями звукопоглощающего материала поместить в зоне приема на разных уровнях по отношению к плоскости определения направления, например, один под другим. ;; . ..
П -.р и м е р 4. Звукопоглощающий материал для приемника 2 представляет собой цилиндр высотой 0,2 м с сечением, контур которого описывается спиралью Архимеда. Такой цилиндр изготовлен из множества слоев каучуковой резины путем.их склеивания. В толщу цилиндра в среднее сечение (на высоте 0.1 м) был заделан приёмник 2. Этот приемник 2 располагался в центре спирали Архимеда. Вокруг приемника 1 звукопоглощающий материал отсутствовал, Указанные приемник 1 и цилиндр 3 с приемником 2 располагали на штативе на одной оси, перпендикулярной плоскости определения
направления, один под другим, на разных уровнях. Контур сечения цилиндра 3 описывается выражением (4), которое однозначно определяет ориентацию цилиндра в пространстве и, следовательно, задает начало
отсчета угла р . Измерения проводились в воде.
Тарировочная зависимость для этого примера приведена на фиг. 16, или она может быть заменена выражением (1), где не1
обходимо положить а 10- , k 0.1.
м
Описанный способ определения направления на источник акустических сигналов позволяет не снижая точности измерений сократить число акустических приемников до двух.
Форму л а изобретен и я
материала, выполненный по спирали Архимеда или эллипсу, а направление на источ- ник акустических сигналов определяют по отношению измеренных амплитуд с учетом тарировочной зависимости.
тем, что, с целью повышения достоверности
за счет исключения влияния акустической
тени при измерении в жидкой или газообразной средах, преобразователи со слоями звукопоглощающего материала располагают в зоне приема на разных уровнях по отношению к плоскости определения направления на источник акустических сигналов.
.
tn& б
Us,
ti
.5 4 3 2 i 0
60 {20 i80 MO 300 360 V7
Фиг. d
4
з:
2
180 2/0 Ш 270 300 330 SSO
-4 О
-i
-2
-3
о зо во so ш iso m f° Фиг.2
#
Ш 2
О -30 -60 -90 420 - 450
-i
-г
/
О 30 60 90 120 fSO J80 У °
Фиг.З
У
7
Z
| Способ определения направления на источник акустических сигналов | 1979 |
|
SU879451A1 |
