RU2722964C1 - Method of measuring the reflection coefficient of sound from a sample of material - Google Patents
Method of measuring the reflection coefficient of sound from a sample of material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2722964C1 RU2722964C1 RU2019136643A RU2019136643A RU2722964C1 RU 2722964 C1 RU2722964 C1 RU 2722964C1 RU 2019136643 A RU2019136643 A RU 2019136643A RU 2019136643 A RU2019136643 A RU 2019136643A RU 2722964 C1 RU2722964 C1 RU 2722964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- irradiating
- hydrophone
- signal
- interference
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к испытаниям акустических свойств материалов и может быть использовано для измерения коэффициента отражения звука от образца материала ограниченных размеров в лабораторных условиях при различных углах падения звуковой волны.The invention relates to tests of the acoustic properties of materials and can be used to measure the reflection coefficient of sound from a sample of material of limited size in laboratory conditions at various angles of incidence of the sound wave.
Известен способ измерения коэффициента отражения звука, основанный на изменении частоты амплитудной модуляции излучаемого акустического сигнала с целью достижения и фиксации минимального коэффициента модуляции суммарного акустического сигнала, возникающего вследствие интерференции излучаемого и отраженного от исследуемой поверхности акустических сигналов, определении модуля коэффициента отражения по соотношению между коэффициентом модуляции излучаемого акустического сигнала и минимальным коэффициентом модуляции суммарного акустического сигнала, определении фазы коэффициента отражения по отношению несущей частоты к частоте модуляции при минимуме коэффициента модуляции [Г.А. Чуновкин, В.Т. Ляпунов, А.К. Новиков и Ю.М. Еленин. Способ измерения коэффициента отражения звука от поверхности. А.С. 896541, М. Кл. G01N 29/00, Опубликовано 07.01.82 (51). Бюллетень №1].A known method of measuring the reflection coefficient of sound, based on changing the frequency of the amplitude modulation of the emitted acoustic signal in order to achieve and fix the minimum modulation coefficient of the total acoustic signal that occurs due to interference of the emitted and reflected from the surface of the acoustic signal, determining the modulus of the reflection coefficient from the ratio between the modulation coefficient of the emitted acoustic signal and the minimum modulation coefficient of the total acoustic signal, determining the phase of the reflection coefficient in relation to the carrier frequency to the modulation frequency with a minimum modulation coefficient [G.A. Chunovkin, V.T. Lyapunov, A.K. Novikov and Yu.M. Elenin. A method of measuring the reflection coefficient of sound from a surface. A.S. 896541, M. Cl. G01N 29/00, Published 01/07/82 (51). Bulletin No. 1].
Известен способ измерения коэффициента отражения звука, принятый за прототип [1], который заключается в возбуждении излучателем сферической бегущей звуковой волны, которой облучают образец материала, изменении частоты облучающего акустического сигнала, регистрации гидрофоном сигнала интерференции облучающей и отраженной образцом звуковых волн, определении коэффициента отражения по максимуму и минимуму зарегистрированного сигнала интерференции.A known method of measuring the reflection coefficient of sound, adopted as a prototype [1], which consists in the excitation of a spherical traveling sound wave by the emitter, which irradiates a sample of the material, changing the frequency of the irradiating acoustic signal, registering the interference signal of the irradiating and reflected sound waves with a hydrophone, determining the reflection coefficient from the maximum and minimum recorded interference signal.
Недостатками известного способа и способа, принятого за прототип, являются погрешности, обусловленные влиянием звуковых волн, рассеянных на краях образца (краевые эффекты), а также сферичностью облучающей образец звуковой волны, тогда как согласно формулировке определения коэффициента отражения звука, падающая на образец звуковая волна - плоская.The disadvantages of the known method and the method adopted for the prototype are errors due to the influence of sound waves scattered at the edges of the sample (edge effects), as well as the sphericity of the sound wave irradiating the sample, whereas according to the definition of the reflection coefficient of sound, the sound wave incident on the sample flat.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности измерения коэффициента отражения за счет облучения образца материала звуковым пучком с плоским волновым фронтом, что позволяет исключить влияние сферичности, падающей на образец звуковой волны, и значительно ослабить влияние волн, рассеянных на краях образца (краевых эффектов).The technical result obtained from the implementation of the invention is to increase the accuracy of measuring the reflection coefficient by irradiating the sample of the material with a sound beam with a flat wavefront, which eliminates the influence of sphericity incident on the sample of the sound wave, and significantly reduces the effect of waves scattered at the edges of the sample (edge effects).
Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе, заключающемся в облучении образца материала бегущей сферической звуковой волной, регистрации гидрофоном сигнала интерференции облучающей и отраженной образцом звуковых волн, изменении частоты облучающего сигнала, определении коэффициента отражения по максимуму и минимуму зарегистрированного сигнала интерференции задают опорное направление падения на образец плоской звуковой волны, исходя из расположения в эксперименте излучателя, приемника и исследуемого образца устанавливают интервал изменения частоты облучающего сигнала, необходимый для наблюдения максимума и минимума сигнала интерференции; исходя из размеров образца и интервала изменения частоты облучающего сигнала определяют величину шага, количество элементов и координаты узлов плоской решетки, ориентированной по нормали к заданному опорному направлению; сохраняя неизменность положения гидрофона, излучатель последовательно устанавливают в узлах решетки, для каждого положения излучателя образец облучают звуковой волной в диапазоне, перекрывающем установленный интервал изменения частоты, и регистрируют гидрофоном сигналы интерференции облучающей и отраженной образцом звуковых волн, выполняют взвешенное суммирование зарегистрированных гидрофоном сигналов интерференции:This technical result is achieved due to the fact that in the known method, which consists in irradiating a sample of a material with a traveling spherical sound wave, registering the interference signal with the irradiating and reflected sound waves by the hydrophone, changing the frequency of the irradiating signal, determining the reflection coefficient from the maximum and minimum of the recorded interference signal the reference direction of incidence of a plane sound wave on the sample, based on the location of the emitter, receiver, and test sample in the experiment, sets the interval of change in the frequency of the irradiating signal necessary to observe the maximum and minimum of the interference signal; based on the size of the sample and the frequency interval of the irradiating signal, determine the step size, the number of elements and the coordinates of the nodes of the flat lattice, oriented normal to the specified reference direction; keeping the position of the hydrophone unchanged, the emitter is sequentially installed in the nodes of the grating, for each position of the emitter, the sample is irradiated with a sound wave in a range that covers the set frequency interval, and the interference signals of the irradiating and reflected sound waves are recorded by the hydrophone, and the weighted summation of the interference signals recorded by the hydrophone is performed:
где: индекс n,m (n=1,…,N, m=1,…,M) обозначает узел плоской решетки из N×M элементов, un,m(ƒ) - сигнал интерференции, зарегистрированный гидрофоном при облучении образца из узла n,m; an,m - коэффициенты взвешивания сигналов интерференции по амплитуде, и получают суммарный сигнал u∑(ƒ), характеризующий интерференцию падающей на образец плоской бегущей и отраженной образцом звуковых волн; коэффициент отражения определяют по максимуму и минимуму суммарного сигнала интерференции u∑(ƒ).where: index n, m (n = 1, ..., N, m = 1, ..., M) denotes a flat lattice node of N × M elements, u n, m (ƒ) is the interference signal detected by the hydrophone when the sample from node n, m; a n, m are the weighting coefficients of the interference signals by amplitude, and a total signal u ∑ (ƒ) is obtained, which characterizes the interference of the plane traveling and reflected sound waves incident on the sample; the reflection coefficient is determined by the maximum and minimum of the total interference signal u ∑ (ƒ).
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема эксперимента в принятом за прототип способе; на Фиг. 2 - синтез плоской волны источниками сферических волн, образующими двумерную решетку из N×M элементов с шагом d; на Фиг. 3 - расположение излучающей решетки, гидрофона и исследуемого образца материала; на Фиг. 4 - распределения амплитуд звуковых давлений на различных расстояниях от решетки, β=0,66; на Фиг. 5 - изменение фазового фронта пучка с расстоянием от решетки β=0,66; на Фиг. 6 - изменение формы амплитудного фронта звукового пучка с частотой, z=1 м, β=0,66.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a diagram of an experiment in a method adopted as a prototype; in FIG. 2 - synthesis of a plane wave by spherical wave sources forming a two-dimensional lattice of N × M elements with a step d; in FIG. 3 - the location of the emitting lattice, hydrophone and the studied sample of the material; in FIG. 4 - distribution of amplitudes of sound pressures at various distances from the lattice, β = 0.66; in FIG. 5 - change in the phase front of the beam with a distance from the lattice β = 0.66; in FIG. 6 - change in the shape of the amplitude front of the sound beam with a frequency, z = 1 m, β = 0.66.
Формулировки определений параметров, характеризующих акустические свойства материала (включая коэффициент отражения звука), предполагают, что распространяется плоская бегущая волна. Обеспечить это условие на практике удается далеко не всегда и вместо плоской бегущей волны вынужденно применяют сферическую (или близкую к ней) волну. Такое нарушение требования определений зачастую приводит к тому, что получаемые в эксперименте результаты в большей степени отражают не свойства исследуемого материала, а влияние эффектов, обусловленных конфигурацией эксперимента.The definitions of the parameters characterizing the acoustic properties of the material (including the reflection coefficient of sound) suggest that a plane traveling wave propagates. It is far from always possible to ensure this condition in practice, and instead of a plane traveling wave, a spherical (or close to it) wave is forced to be used. Such a violation of the definition requirements often leads to the fact that the results obtained in the experiment to a greater extent reflect not the properties of the material under study, but the influence of effects due to the configuration of the experiment.
При исследованиях образца материала малого размера существенен вклад краевых эффектов. Если образец большой, возникает проблема интерпретации результатов -вследствие сферичности фронта волны на разные участки образца волна падает и, соответственно, отражается под разными углами. Проблема усугубляется для образцов с рельефной поверхностью или неоднородной внутренней структурой.In studies of a sample of a small-sized material, the contribution of edge effects is significant. If the sample is large, the problem of interpreting the results arises - due to the spherical nature of the wave front, the wave falls on different parts of the sample and, accordingly, is reflected at different angles. The problem is exacerbated for samples with a relief surface or heterogeneous internal structure.
На фиг. 1 изображена схема эксперимента в принятом за прототип способе. Показаны облучающая сферическая звуковая волна, отраженная и краевые дифрагированные волны, положение образца материала, излучателя и гидрофона, регистрирующего интерференцию облучающей и отраженной волн.In FIG. 1 shows a diagram of an experiment in a method adopted as a prototype. The irradiating spherical sound wave, the reflected and diffracted edge waves, the position of the material sample, the emitter, and the hydrophone recording the interference of the irradiating and reflected waves are shown.
Поскольку облучающая волна - сферическая, кроме интерференции, создаваемой дифракцией звука на краях образца, свой вклад в погрешность измерений вносит сферичность падающей на образец волны, определяемая радиусом кривизны ее фронта. Чем радиус кривизны меньше, тем больше эта погрешность.Since the irradiating wave is spherical, in addition to the interference created by sound diffraction at the edges of the sample, the sphericity of the wave incident on the sample, determined by the radius of curvature of its front, contributes to the measurement error. The smaller the radius of curvature, the greater this error.
Чтобы получить сферическую волну большого радиуса облучаемый образец следует располагать в дальнем звуковом поле излучателя. Консервативная оценка дальнего поля сферической волны дается в [1]:To obtain a spherical wave of large radius, the irradiated sample should be located in the far sound field of the emitter. A conservative estimate of the far field of a spherical wave is given in [1]:
r≥3L2/λr≥3L 2 / λ
где r - расстояние дальнего поля, L - размер преобразователя, λ - длина волны.where r is the distance of the far field, L is the size of the transducer, λ is the wavelength.
При размере образца 1 м и длине волны 0,075 м (частота 20000 Гц) излучатель должен находиться на расстоянии, превышающем 40 м. Такое расстояние можно обеспечить только в открытом водоеме. При этом среди прочих трудностей возникают проблемы, связанные с малым отношением сигнал/шум и невозможностью исключить в регистрируемом гидрофоном сигнале интерференции влияние звуковых волн, дифрагированных на краях образца.With a sample size of 1 m and a wavelength of 0.075 m (frequency 20,000 Hz), the emitter must be at a distance greater than 40 m. This distance can only be provided in an open reservoir. Moreover, among other difficulties, problems arise due to the small signal-to-noise ratio and the inability to exclude the influence of sound waves diffracted at the edges of the sample in the recorded interference signal.
Практическую альтернативу измерениям в дальнем поле обеспечивает генерация плоской волны методами ближнего поля. Плоскую волну синтезируют решеткой источников сферических звуковых волн. Плоский волновой фронт, падающий на облучаемый объект, позволяет измерять характеристики объекта для дальнего поля в лабораторном бассейне относительно небольших размеров. В подводной акустике плоские излучающие решетки ближнего поля называют решетками Тротта [1].A practical alternative to far-field measurements is the generation of a plane wave by near-field methods. A plane wave is synthesized by a grid of sources of spherical sound waves. A plane wave front incident on an irradiated object allows measuring the characteristics of an object for a far field in a relatively small laboratory pool. In underwater acoustics, flat near-field emitting gratings are called Trott gratings [1].
Излучатели двумерной решетки, действуя одновременно, синтезируют плоскую звуковую волну в соответствии с классической концепцией Гюйгенса. Поскольку решетка Тротта состоит из конечного числа излучателей, фронт волны будет отличаться от плоского. Близость формируемой волны к плоской обеспечивают надлежащим подбором амплитуд излучения. Для гармонического сигнала частоты ƒ, волновой фронт, создаваемый плоской решеткой из N×M элементов, может быть представлен суммой вкладов излучателей сферических волн (см. фиг. 2): 
где: р(х, у z, ƒ) - звуковое давление, создаваемое решеткой в точке х, у, z; pn,m(х, у, z, ƒ) - звуковое давление, создаваемое в точке х, у, z излучателем из узла n, m решетки (n=1,…,N, n=1,…,М); an,m - коэффициенты взвешивания по амплитуде звуковых давлений, создаваемых излучателем; Rm,n - расстояния от узла n, m до точки х, у, z; k=2πƒ/с - волновое число, с - скорость звука в воде, зависимость от времени exp(i2πƒt) опущена.where: p (x, y z, ƒ) is the sound pressure created by the lattice at the point x, y, z; p n, m (x, y, z, ƒ) is the sound pressure created at the point x, y, z by the emitter from the node n, m of the lattice (n = 1, ..., N, n = 1, ..., M); a n, m - weighting coefficients for the amplitude of the sound pressure generated by the emitter; R m, n - distance from the node n, m to the point x, y, z; k = 2πƒ / s is the wave number, s is the speed of sound in water, the time dependence exp (i2πƒt) is omitted.
Если гидрофон расположить между облучаемым образцом и решеткой на расстоянии Δr от образца, как это показано фиг. 3, звуковое поле в месте расположения гидрофона можно рассматривать как результат интерференции облучающей образец плоской звуковой волны и волны, отраженной образцом. Период Δƒ интерференционной осцилляции сигнала, зарегистрированного гидрофоном при изменении частоты облучающей волны, будет составлять с/(2Δr) герц.If the hydrophone is placed between the irradiated sample and the lattice at a distance Δr from the sample, as shown in FIG. 3, the sound field at the location of the hydrophone can be considered as the result of interference of the plane sound wave irradiating the sample and the wave reflected by the sample. The period Δƒ of the interference oscillation of the signal recorded by the hydrophone when the frequency of the irradiating wave changes, will be s / (2Δr) hertz.
Чтобы сгенерировать однородную плоскую волну, расстояние между излучателями должно быть не более 0,8 λ [1]. Этому критерию трудно удовлетворить для коротких волн вследствие трудоемкости и сложности создания большой плоской матрицы с плотной сеткой излучателей. Взаимное влияние близко расположенных излучателей с элементами их крепления приводит к нарушению справедливости замены реального элемента решетки изотропным точечным источником. Эти недостатки преодолеваются заменой решетки сканирующим излучателем.To generate a homogeneous plane wave, the distance between the emitters should be no more than 0.8 λ [1]. It is difficult to satisfy this criterion for short waves due to the complexity and complexity of creating a large flat matrix with a dense grid of emitters. The mutual influence of closely spaced emitters with their mounting elements leads to a violation of the validity of replacing the real element of the grating with an isotropic point source. These disadvantages are overcome by replacing the grating with a scanning emitter.
Из формулы (1) следует, что эффекты, возникающие при падении на образец материала плоской звуковой волны, можно получить, разнеся во времени излучение отдельными элементами решетки и обеспечив требуемые фазовые соотношения суммируемых сигналов, например, синхронизацией сигналов по времени излучения. То есть, основываясь на принципе суперпозиции для линейных систем одновременное излучение элементами решетки Тротта можно заменить последовательным излучением одиночным излучателем, помещаемым в узлы решетки. При этом взвешенное суммирование звуковых давлений pn,m(х, у, z, ƒ) в формуле (1) заменяется взвешенным суммированием зарегистрированных приемником сигналов интерференции падающей и отраженной звуковых волн un,m(ƒ):It follows from formula (1) that the effects that occur when a plane sound wave material is incident on a sample can be obtained by spreading the radiation over time by individual elements of the grating and providing the required phase relations of the summed signals, for example, by synchronizing the signals with respect to the radiation time. That is, based on the principle of superposition for linear systems, simultaneous radiation by elements of the Trott lattice can be replaced by sequential radiation by a single emitter placed in the nodes of the lattice. In this case, the weighted summation of sound pressures p n, m (x, y, z, ƒ) in formula (1) is replaced by a weighted summation of the incident and reflected sound waves interference signals u n, m (ƒ) recorded by the receiver:
Такое суммирование может быть выполнено по окончанию измерительной части эксперимента. Результат суммирования зарегистрированных сигналов интерференции эквивалентен сигналу интерференции при одновременном облучении образца материала всеми излучателями решетки и поэтому неотличим от результата воздействия плоской волны.Such summation can be performed at the end of the measuring part of the experiment. The result of summing the recorded interference signals is equivalent to the interference signal while simultaneously irradiating the material sample with all the lattice emitters and is therefore indistinguishable from the result of a plane wave.
Коэффициент отражения определяют по максимуму и минимуму суммарного сигнала интерференции, наблюдаемой при изменении частоты излучения [1].The reflection coefficient is determined by the maximum and minimum of the total interference signal observed when the radiation frequency changes [1].
Замена решетки Тротта излучателем с механическим сканированием для создания виртуальной плоской волны взвешенным суммированием сигналов позволяет составить решетку с любым шагом из любого количества элементов и дает ряд преимуществ, включая экономию на оборудовании, увеличенное пространственное разрешение и устранение взаимного влияния близко расположенных излучателей. Автоматизация процесса измерения не представляет технических проблем и значительной степени компенсирует недостатки, связанные с увеличением продолжительности измерений.Replacing the Trott grating with a mechanical scanning emitter to create a virtual plane wave by weighted summation of the signals makes it possible to compose a grating with any step from any number of elements and provides a number of advantages, including saving on equipment, increased spatial resolution, and eliminating the mutual influence of closely spaced emitters. Automation of the measurement process does not present technical problems and significantly compensates for the disadvantages associated with the increase in the duration of measurements.
Ниже приведены результаты моделирования, подтверждающие возможность получать приемлемо плоский фронт акустического пучка в интервале частот, обеспечивающем наблюдение интерференционной картины, и в диапазоне расстояний, охватывающем положения излучателя, исследуемого образца и приемника.Below are the simulation results, confirming the possibility of obtaining an acceptable flat front of the acoustic beam in the frequency range that provides for the observation of the interference pattern, and in the range of distances covering the positions of the emitter, the test sample, and the receiver.
Для квадратной плоской эквидистантной решетки из 20×20 элементов с шагом 5,5 см между узлами взвешивающие коэффициенты an,m получали произведением W(ξn, β)⋅W(ξm, β) значений функции окна Тьюки:For a square flat equidistant lattice of 20 × 20 elements with a step of 5.5 cm between nodes, the weighting coefficients a n, m were obtained by the product W (ξ n , β) ⋅ W (ξ m , β) of the values of the Tukey window function:
Для решетки с размерами L×L координатам узла xn,yn (xn ∈ [-L/2, L/2], yn ∈ [-L/2, L/2]) соответствуют значения аргумента ξn=xn/L, ξm=ym/L. Управляя параметром β можно изменять форму окна от прямоугольной при β=0 до косинусного окна Ханна при β=1.For a lattice with dimensions L × L, the node coordinates x n , y n (x n ∈ [-L / 2, L / 2], y n ∈ [-L / 2, L / 2]) correspond to the argument ξ n = x n / L, ξ m = y m / L. By controlling the parameter β, it is possible to change the shape of the window from rectangular at β = 0 to the cosine Hann window at β = 1.
На фиг. 4 и 5 изображены распределения амплитуд и фаз звукового давления на частоте 20 кГц, полученные по формуле (1) при β=0,66 для различных расстояний z от решетки.In FIG. Figures 4 and 5 show the distributions of amplitudes and phases of sound pressure at a frequency of 20 kHz, obtained by formula (1) at β = 0.66 for various distances z from the grating.
Сформированный волновой фронт имеет плоскую центральную часть примерно 45×45 см, амплитуды плавно уменьшаются к краям пучка до 8 раз. Это означает что при облучении образца размером 1×1 м влияние краевых эффектов будет уменьшено, как минимум, на 18 дБ. Наилучшие распределения звукового давления при z равных 0,4 и 1 м (неравномерность не превышает ±1,6%). Увеличение неравномерности фронта на промежуточных расстояниях до ±2% можно рассматривать, как несущественное.The formed wavefront has a flat central part of about 45 × 45 cm, the amplitudes gradually decrease to the edges of the beam up to 8 times. This means that upon irradiation of a sample 1 × 1 m in size, the effect of edge effects will be reduced by at least 18 dB. The best sound pressure distributions at z equal to 0.4 and 1 m (unevenness does not exceed ± 1.6%). An increase in front non-uniformity at intermediate distances up to ± 2% can be considered as insignificant.
Неравномерность фазового распределения фронта достигает наибольших значений для z 0,5 м и 1 м, и не превосходят ±3.5° и ±6.3° соответственно.The uneven phase distribution of the front reaches its maximum values for z 0.5 m and 1 m, and does not exceed ± 3.5 ° and ± 6.3 °, respectively.
Рассмотренный диапазон расстояний позволяет разместить гидрофон и излучатель на расстояниях 0,5 и 1 м соответственно от исследуемого образца.The considered range of distances allows you to place the hydrophone and emitter at distances of 0.5 and 1 m, respectively, from the test sample.
Диапазон перестройки частоты облучающего пучка должен охватывать частоты по крайней мере одного максимума и одного минимума интерференции падающей и отраженной волн в точке расположения гидрофона.The frequency tuning range of the irradiating beam should cover the frequencies of at least one maximum and one minimum of interference of the incident and reflected waves at the location of the hydrophone.
Для грубой оценки минимально необходимого интервала перестройки частоты воспользуемся соотношением 
Для тех же параметров эксперимента на фиг. 6 приведены результаты моделирования звукового пучка на расстоянии 1 м в диапазоне частот от 12000 Гц до 24000 Гц. На нижней граничной частоте выбранного диапазона неравномерность звукового давления во фронтальной части пучка достигает ±4,4%. Неравномерность уменьшается до ±0,2% на частоте 16000 Гц и возрастает к верхней граничной частоте 24000 Гц до ±2,7%.For the same experimental parameters in FIG. Figure 6 shows the results of modeling a sound beam at a distance of 1 m in the frequency range from 12000 Hz to 24000 Hz. At the lower cutoff frequency of the selected range, the sound pressure non-uniformity in the frontal part of the beam reaches ± 4.4%. The unevenness decreases to ± 0.2% at a frequency of 16000 Hz and increases to an upper cutoff frequency of 24000 Hz to ± 2.7%.
Исключив из рассмотрения частоты ниже 16000 Гц получим, что облучающий акустический пучок охраняет приемлемо плоский фронт в частотном интервале шириной 8000 Гц, охватывающем при расстоянии 0,5 м между гидрофоном и образцом материала не менее пяти максимумов и пяти минимумов сигнала интерференции.Eliminating frequencies below 16000 Hz from consideration, we find that the irradiating acoustic beam guards an acceptable flat front in the frequency interval of 8000 Hz wide, covering at least five maxima and five minima of the interference signal at a distance of 0.5 m between the hydrophone and the material sample.
Опираясь на принцип подобия можно утверждать, что результаты моделирования, выполненные для решетки в выбранном диапазоне частот, не потеряют справедливости при изменении масштабов эксперимента. Следует учитывать, что изменению шага решетки будет соответствовать пропорциональное изменение верхней и нижней частот ее диапазона.Based on the principle of similarity, it can be argued that the simulation results performed for the grating in the selected frequency range will not lose validity when changing the scale of the experiment. It should be noted that a proportional change in the upper and lower frequencies of its range will correspond to a change in the step of the grating.
Выполненное моделирование подтверждает достижимость заявленного технического результата - повышение точности измерения коэффициента отражения за счет исключения влияния сферичности падающей на образец звуковой волны и ослабления влияние волн, рассеянных на краях образца (краевых эффектов), предложенным способом.The performed simulation confirms the feasibility of the claimed technical result - improving the accuracy of measuring the reflection coefficient by eliminating the influence of sphericity of the sound wave incident on the sample and attenuating the influence of waves scattered at the edges of the sample (edge effects) by the proposed method.
ЛитератураLiterature
1. Боббер Р. Дж. Гидроакустические измерения/ Пер. с англ. под ред. А.Н. Голенкова. - М: Мир. – 1974.1. Bobber R. J. Hydroacoustic measurements / Per. from English under the editorship of A.N. Golenkova. - M: World. - 1974.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136643A RU2722964C1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Method of measuring the reflection coefficient of sound from a sample of material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136643A RU2722964C1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Method of measuring the reflection coefficient of sound from a sample of material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2722964C1 true RU2722964C1 (en) | 2020-06-05 |
Family
ID=71067907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019136643A RU2722964C1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Method of measuring the reflection coefficient of sound from a sample of material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2722964C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776616C1 (en) * | 2021-11-12 | 2022-07-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) | Method for measuring the sound reflection coefficient from a sample of a material with a flat surface |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4281551A (en) * | 1979-01-29 | 1981-08-04 | Societe pour la Mesure et le Traitement des Vibrations et du Bruit-Metravib | Apparatus for farfield directional pressure evaluation |
| SU896541A1 (en) * | 1980-05-21 | 1982-01-07 | Предприятие П/Я В-8662 | Method of measuring reflection factor of sound from surface |
| FR2562660A1 (en) * | 1984-04-09 | 1985-10-11 | Gradient | Method and apparatus for measuring the total, partial or directional acoustic power emitted by some source |
| SU1619156A1 (en) * | 1988-04-11 | 1991-01-07 | МГУ им.М.В.Ломоносова | Method of determining modulus of reflection factor of sound wave from underwater ground |
| RU2655478C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-05-28 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Method of measuring frequency dependence of sound reflection coefficient from surface |
| RU2673871C1 (en) * | 2018-02-08 | 2018-11-30 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Method of measuring sound surface reflection coefficient |
| RU2695287C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-07-22 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Method of measuring frequency dependence of complex reflection coefficient of sound from surface using noise signal |
-
2019
- 2019-11-14 RU RU2019136643A patent/RU2722964C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4281551A (en) * | 1979-01-29 | 1981-08-04 | Societe pour la Mesure et le Traitement des Vibrations et du Bruit-Metravib | Apparatus for farfield directional pressure evaluation |
| SU896541A1 (en) * | 1980-05-21 | 1982-01-07 | Предприятие П/Я В-8662 | Method of measuring reflection factor of sound from surface |
| FR2562660A1 (en) * | 1984-04-09 | 1985-10-11 | Gradient | Method and apparatus for measuring the total, partial or directional acoustic power emitted by some source |
| SU1619156A1 (en) * | 1988-04-11 | 1991-01-07 | МГУ им.М.В.Ломоносова | Method of determining modulus of reflection factor of sound wave from underwater ground |
| RU2655478C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-05-28 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Method of measuring frequency dependence of sound reflection coefficient from surface |
| RU2673871C1 (en) * | 2018-02-08 | 2018-11-30 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Method of measuring sound surface reflection coefficient |
| RU2695287C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-07-22 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Method of measuring frequency dependence of complex reflection coefficient of sound from surface using noise signal |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Isaev A.E., Nikolaenko A.S., Polikarpov А.М. MEASUREMENT OF SOUND REFLECTION COEFFICIENTS AS A FUNCTION OF FREQUENCY IN AN UNDAMPED TANK // Measurement Techniques. 2018. Т. 61. * |
| Luigi Troiano PLANE/CYLINDRICAL WAVE SYNTHESIS IN A SMALL TANK APPLIED TO FAR-FIELD BEAM PATTERN MEASUREMENT OF A 300KHZ SONAR TRANSDUCER // 5th Underwater Acoustics Conference and Exhibition UACE2019 Sunday 30th June through Friday 5th July, 2019 Hersonissos, Crete, Greece стр. 55-60. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776616C1 (en) * | 2021-11-12 | 2022-07-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) | Method for measuring the sound reflection coefficient from a sample of a material with a flat surface |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Damage localization in aluminum plate with compact rectangular phased piezoelectric transducer array | |
| Prada et al. | Separation of interfering acoustic scattered signals using the invariants of the time-reversal operator. Application to Lamb waves characterization | |
| Chen et al. | A methodology for estimating guided wave scattering patterns from sparse transducer array measurements | |
| Higgins et al. | Optical interferometric visualization and computerized reconstruction of ultrasonic fields | |
| RU2722964C1 (en) | Method of measuring the reflection coefficient of sound from a sample of material | |
| US4415996A (en) | Nonwavelength-limited holographic sound field reconstruction | |
| Palmese et al. | Acoustic imaging of underwater embedded objects: Signal simulation for three-dimensional sonar instrumentation | |
| Zhang et al. | Angular and frequency behaviour of elastodynamic scattering from embedded scatterers | |
| RU2756352C2 (en) | Method for measuring coefficient of sound reflection from material sample | |
| WO2013055236A1 (en) | System and method for modelling multibeam backscatter from a seafloor | |
| Berkhout | A unified approach to acoustical reflection imaging. I: The forward model | |
| KR101519088B1 (en) | Method and Apparatus for 3-D Seismic profiling in an offshore environment | |
| Moallemi et al. | A new model for array spatial signature for two-layer imaging with applications to nondestructive testing using ultrasonic arrays | |
| RU2776616C1 (en) | Method for measuring the sound reflection coefficient from a sample of a material with a flat surface | |
| Bolotina et al. | 3D Ultrasonic Imaging by Cone Scans and Acoustic Antennas | |
| RU2740536C1 (en) | Method of calibrating electroacoustic transducer with large longitudinal-to-transverse ratio | |
| Humphrey | Optical studies of acoustic fields | |
| USH1330H (en) | Method of measuring structural intensities in vibrating plate radiators | |
| Barmak et al. | Reconstruction of the time dependence and signal parameters of far-field extended wideband sources: Part 2. Reconstruction of the directivity pattern of a moving source | |
| Virovlyansky et al. | Phase space representation of sound fields in Lake Kinneret | |
| Lahmer et al. | Possibilities to Enhance Tomography Imaging of Concrete Structures by the Full Waveform Inversion | |
| US20220342102A1 (en) | System and Method for Characterizing a Seismic Acoustic Signal | |
| Selim | Hybrid non-destructive technique for volumetric defect analysis and reconstruction by remote laser induced ultrasound | |
| Ljunggren et al. | Seismic holography in a Norwegian fiord | |
| Theobald et al. | Acousto-optic tomography for mapping of high-frequency sonar fields |