CS212498B1

CS212498B1 - Source of known volumetric velocity

Info

Publication number: CS212498B1
Application number: CS373779A
Authority: CS
Inventors: Tomas Salava
Original assignee: Tomas Salava
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Účelem vynálezu je zlepšení přesnosti měření objemové rychlosti generované zdrojem akustického signálu s tuhým pístem a akcelerometrem. Zlepšení přesnosti měření se dosahuje především v oblasti vyšších kmitočtů. Podstatou vynálezu je použití pístu tvaru dutého válce, jehož jednu podstavu tvoří čelo pístu, přičemž akcelerometr je umístěn v dutině pistu souose s osou pístu a je mechanicky připojen k vniřní straně čela pistu, případně čelo pístu tvoří přímo bázi akcelerometru. Zdroj známé objemové rychlosti podle tohoto vynálezu je určen pro měřeni vstupní nebo přenosové akustické impedance akustických obvodů nebo jejich prvků, například akustických filtrů, tlumičů hluku, (např. hluku výfuku spalovacích motorů, sání kompresorů, sání nebo výfuku pneumatických motorů a pneumatických nástrojů) zvukovodů (např. zvukovodů reproduktorů) atd.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the volume velocity generated by an acoustic signal source with a rigid piston and an accelerometer. The improvement of the measurement accuracy is achieved mainly in the higher frequency range. The essence of the invention is the use of a piston in the shape of a hollow cylinder, one base of which is formed by the piston face, while the accelerometer is placed in the piston cavity coaxially with the piston axis and is mechanically connected to the inner side of the piston face, or the piston face directly forms the base of the accelerometer. The source of known volume velocity according to the present invention is intended for measuring the input or transfer acoustic impedance of acoustic circuits or their elements, for example acoustic filters, noise absorbers, (e.g. exhaust noise of internal combustion engines, compressor intakes, intake or exhaust of pneumatic engines and pneumatic tools) sound pipes (e.g. loudspeaker sound pipes), etc.

Description

Vynález se týká zdroje známé objemové rychlosti určeného zvláště pro měření akustických impedancí, kde akustický signál vytváří kmitající tuhý píst a kde se řeší optimální uspořádání pro snímání rychlosti kmitání pístu akcelerometrem.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a known volumetric velocity source designed especially for measuring acoustic impedances, wherein the acoustic signal produces an oscillating rigid piston and wherein an optimum arrangement for sensing the piston oscillation speed by an accelerometer is solved.

Zdroje známé objemové rychlosti se v akustice užívají zvláště k měření akustických . impedancí. Známá je např. konstrukce zdroje známé objemové rychlosti na principu elektrostatického měniče. Výstupní signál tohoto měniče je úměrný objemovému posunutí membrány. Derivovaný výstupní signál tohoto měniče je pak úměrný objemová rychlosti. Nevýhodou tohoto řešení je snadná poškodítelnost membrány.Sources of known volumetric velocity are used in acoustics in particular for acoustic measurements. impedance. It is known, for example, to design a source of known volumetric velocity on the principle of an electrostatic converter. The output signal of this converter is proportional to the volume displacement of the diaphragm. The derivative output signal of this converter is then proportional to the volume velocity. The disadvantage of this solution is easy membrane damage.

V tomto směru výhodnější je konstrukce zdroje známé objemové rychlosti s pomocným akustickým odporem, kde se výstupní objemová rychlost určí z rozdílů akustických tlaků, měřených po obou stranách akustického odporu.In this respect, the design of a known volumetric velocity source with auxiliary acoustic resistance is more preferred, wherein the output volumetric velocity is determined from the differences in acoustic pressures measured on both sides of the acoustic resistance.

Nevýhodou tohoto řešení je obtížná realizovatelnost přesného akustického odporu, nezávislého na kmitočtu.The disadvantage of this solution is the difficulty of realizing a frequency independent acoustic resistance.

Nevýhody uvedených řešení odstraňuje konstrukce zdroje známé objemové rychlosti s tuhým pístem, jehož rychlost se snímá vhodným elektromechanickým měničem. Výhodná je konstruk ce, kde je tuhý píst umístěn ve výstupním hrdle zdroje a je rozkmitávén elektrodynamickým měničem. Známé je řešení, kde se rychlost pístu snímá druhým, měřicím elektrodynamickým měničem.The disadvantages of these solutions are eliminated by the construction of a source of known solid-state volumetric velocity, the velocity of which is sensed by a suitable electromechanical converter. A construction where the rigid piston is located in the outlet throat of the source and vibrated by an electrodynamic transducer is preferred. A solution is known where the piston speed is sensed by a second, measuring electrodynamic transducer.

Výhodou tohoto řešení je, že výstupní elektrický signál měřicího elektrodynamickáho měniče je přímo úměrný rychlosti na jeho vstupní straně a tedy i rychlosti pístu.The advantage of this solution is that the output electrical signal of the measuring electrodynamic transducer is directly proportional to the velocity at its input side and hence the speed of the piston.

Nevýhodou tohoto řešeni je nepříznivý vliv přímé elektrické vazby mezi kmitací cívkou budicího měniče a kmitací cívkou měřicího měniče na přesnost měření rychlosti pístu. Vliv přímé elektrické vazby se obtížně kompenzuje zvláště v oblasti vysokých kmitočtů. Tuto nevýhodu lze odstranit použitím jiného elektromechanického měniče, pro snímání rychlosti 'pístu, např. elektromechanického měniče piezoelektrického.A disadvantage of this solution is the unfavorable effect of direct electrical coupling between the excitation transducer coil and the measurement transducer coil on the piston speed measurement accuracy. The influence of direct electrical coupling is difficult to compensate especially in the high frequency range. This disadvantage can be overcome by the use of another electromechanical transducer for sensing the speed of the piston, eg an electromechanical piezoelectric transducer.

Pro měření mechanických kmitáni se nejčastěji používá piezoelektrických nebo piezoresistivních akcelerometrů. Akcelerometry s piezoelektrickými měniči umožňují provádět velmi přesné měření mechanických kmitání a jsou prakticky necitlivé na střídavá magnetická pole.For measuring mechanical vibrations, piezoelectric or piezoresistive accelerometers are most often used. Accelerometers with piezoelectric transducers allow very accurate measurements of mechanical vibrations and are virtually insensitive to alternating magnetic fields.

Jestliže je použitý akoelerometr řešen na principu piezoelektrickém, případně piezoresistivním, odstraní se elektrickým stíněním zcela elektrická vazba mezi budicím a snímacím elektromechanickým měničem a rychlost kmitání pístu lze měřit s přesností použitého akcelerometrů.If the accelerometer used is piezoelectric or piezoresistive, the electrical shielding removes the electrical coupling between the excitation and sensing electromechanical transducers and the piston oscillation speed can be measured with the accuracy of the accelerometers used.

Ve známém uspořádání pro měření akustických impedancí s pístovým zdrojem měřicího akustického signálu, kde se rychlost pístu zjištuje pomocí ekcelerometru je pro generování měřicího signálu použit tuhý plochý kruhový píst, spojený s budičem kmitání válcovou tyčí, připojenou souose do středu pístu. Akoelerometr je umístěn mimo osu pístu vedle válcové tyče. Toto uspořádání je však vhodné pouze pro-měření v oblasti nízkých kmitočtů.In a known arrangement for measuring acoustic impedances with a piston source of a measurement acoustic signal, wherein the piston speed is determined by an eccelerometer, a rigid flat circular piston coupled to a vibration exciter with a cylindrical rod connected coaxially to the center of the piston is used to generate the measurement signal. The accelerometer is located off the piston axis next to the bar. However, this arrangement is only suitable for low frequency measurements.

Se stoupajícím kmitočtem vzrůstá mechanické impedance pístu, dané jeho hmotností. Setrvačné síly vyvolávají deformace pístu a konečně i jeho vlastní parciální kmity.As the frequency increases, the mechanical impedance of the piston increases due to its weight. The inertia forces cause deformation of the piston and finally its own partial oscillations.

Tyto nepříznivé vlivy lze potlačit volbou vhodného materiálu pro výrobu pistu a déle pak jen zmenšováním rozměru pístu. Uspořádání, kde píst je rozkmitéván souose připojenou válcovou tyčí,je v tomto směru nevýhodné jednak proto, že omezuje prostor pro akoelerometr a kromě toho je nevýhodné z hlediska nároků na tuhost pístu.These adverse effects can be suppressed by selecting a suitable material for the production of the piston, and only longer by reducing the size of the piston. An arrangement in which the piston is oscillated by a coaxially connected cylindrical rod is disadvantageous in this respect, firstly because it limits the space for the accelerometer and, moreover, it is disadvantageous in terms of the piston stiffness requirements.

Protože akcelerometr představuje vždy přídavnou hmotnost, je nevýhodné i nesymetrické umístění akcelerometru vzhledem k ose pístu z hlediska sil působících na píst.Since the accelerometer always represents an additional weight, the asymmetrical positioning of the accelerometer relative to the piston axis is disadvantageous in terms of the forces acting on the piston.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny uspořádáním zdroje známé objemové rychlosti s tuhým pístem a akcelerometrem, jehož podstata spočívá v tom, že tuhý píst má tvar dutého válce, jehož jednu stranu tvoří vnější stěna čela pístu, uzavírající z jedné strany dutinu pístu, přičemž v dutině pístu je umístěn akcelerometr, který je mechanicky připojen k vniřní straně čela pístu a je současně umístěn souose vzhledem k ose pístu.The above drawbacks are overcome by providing a known volumetric velocity velocity source with a solid piston and an accelerometer, characterized in that the solid piston is in the form of a hollow cylinder, one side of which is an outer wall of the piston face closing the piston cavity from one side; An accelerometer is provided, which is mechanically connected to the inside of the piston face and is also coaxial with respect to the piston axis.

Příklad provedení zdroje známé objemové rychlosti podle tohoto vynálezu je znázorněn na výkresu. Zde je naznačeno základní těleso £ zdroje, ve kterém je umístěn magnetický obvod s prstencovým permanentním magnetem, kde v pracovní mezeře tohoto magnetického obvodu je umístěna budicí kmitací cívka. Magnetický obvod ani kmitací cívka nejsou na výkresu vyznačeny.An exemplary embodiment of a known volumetric velocity source according to the present invention is shown in the drawing. Here, the source body 6 is shown, in which a ring-shaped permanent magnet magnetic circuit is located, wherein an excitation voice coil is located in the working gap of the magnetic circuit. Neither the magnetic circuit nor the voice coil are marked in the drawing.

Ke kmitací cívce je připojen píst X, tvaru dutého válce, jehož dutina je ze strany spojené s kmitací cívkou otevřené. Z druhé strany je dutina pístu uzavřena tuhým čelem pístu.' Vnější strana čela pístu X generuje při kmitání pístu X akustický signál, jehož objemová rychlost se rovné součinu plochy vnější strany čela pistu X a rychlosti pístu χ.Connected to the voice coil is a piston X, in the form of a hollow cylinder, the cavity of which is open from the side connected to the voice coil. On the other hand, the piston cavity is closed by a rigid piston face. When the piston X oscillates, the outside of the piston face generates an acoustic signal whose volume velocity is equal to the product of the area of the outside of piston face X and the piston speed χ.

K vnitřní straně čela pístu χ je připojen lehký akcelerometr 6 a to tuhým mechanickým spojem, např. pomocí závitu a šroubu.A light accelerometer 6 is connected to the inner side of the piston face χ by a rigid mechanical connection, eg by means of a thread and a screw.

Přesnost měření generované objemové rychlosti závisí na tuhosti čela pistu a tuhosti spojení čela pistu s akcelerometrem.The accuracy of the volumetric velocity generated depends on the stiffness of the piston face and the stiffness of the connection of the piston face with the accelerometer.

Na výkresu je naznačeno ještě prstencové pryžové těsnění £ pístu X, spojovací hrdlo s měřicím mikrofonem X a měřeným objektem X s akustickou impedancí Z*. Dále je naznačen elektrický výstup akcelerometru 6 s výstupním signálem u_Q, elektrický výstup měřicího mikrofonu X s výstupním signálem u^ a vstup budicího signálu u_fe pro budicí kmitací cívku.In the drawing, an annular rubber seal 6 of the piston X, a connecting socket with a measuring microphone X and a measured object X with an acoustic impedance Z * are indicated. Furthermore, it is indicated by the electrical output of the accelerometer 6 with the output signal at the _Q output of the measuring electric microphone output signal X ^ and at the input of the excitation signal u _fe for driving a voice coil.

Pro měření akustických impedancí je výhodné, jestliže se použije akcelerometru 6 s přenosovou charakteristikou blízkou přenosové charakteristice použitého měřicího mikrofonu χ. Akcelerometr 6 může být vytvořen také přímo v čele pístu tak, že čelo pístu tvoří bázi akcelerometru, na níž jsou uspořádány další prvky akcelerometru.For acoustic impedance measurements, it is advantageous to use an accelerometer 6 with a transmission characteristic close to that of the measuring microphone χ used. The accelerometer 6 may also be formed directly in the piston face such that the piston face forms the base of the accelerometer on which the other elements of the accelerometer are arranged.

Claims

A source of known volumetric velocity with a rigid piston and an accelerometer, characterized in that the rigid piston (3) has the shape of a hollow cylinder, one side of which is formed by the outer side of the piston face, enclosing the piston cavity (3) on one side; is located in the cavity of the piston (3) and is mechanically connected to the inner wall of the piston face (3).

A source of known volumetric velocity according to claim 1, characterized in that the accelerometer (6) is located in the cavity of the piston (3) coaxially with respect to the axis of the piston (3) and is simultaneously connected to the face ‘of the piston (3) by screw connection.

A source of known volumetric velocity according to claim 1, characterized in that the face of the piston (3) simultaneously forms the base of the accelerometer (6).