RU2814647C1 - Device for calibrating hydroacoustic receivers in small-volume chamber using parametric resonance - Google Patents
Device for calibrating hydroacoustic receivers in small-volume chamber using parametric resonance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814647C1 RU2814647C1 RU2023126826A RU2023126826A RU2814647C1 RU 2814647 C1 RU2814647 C1 RU 2814647C1 RU 2023126826 A RU2023126826 A RU 2023126826A RU 2023126826 A RU2023126826 A RU 2023126826A RU 2814647 C1 RU2814647 C1 RU 2814647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- small
- volume chamber
- hydroacoustic
- adc
- volume
- Prior art date
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 2
- 238000011000 absolute method Methods 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к установкам измерения чувствительности электромеханических преобразователей в камере малого объема на базе параметрического резонанса стоячих волн.The invention relates to measuring technology, namely to installations for measuring the sensitivity of electromechanical transducers in a small volume chamber based on parametric resonance of standing waves.
Известна установка не стандартизованная установка УВГ-1 (Гордиенко В.А. Векторно-фазовые методы в акустике. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 480 с. - ISBN 978-5-9221-0864-5), взятая за прототип, предназначенная для градуировки векторных приемников и приемников звукового давления (гидрофонов) абсолютным методом в вертикально колеблющемся столбе жидкости. Установка включает в себя рабочую камеру в виде отрезка вертикальной трубы с установленным в ней гидрофоном обратной связи, усилители, узкополосные фильтры, фазометр, вольтметр, регулятор цепи обратной связи, генератор, цифровой программный блок, усилитель мощности, вибровозбудитель и ПЭВМ с платой аналогово-цифрового преобразователя (АЦП).A known installation is a non-standardized installation UVG-1 (Gordienko V.A. Vector-phase methods in acoustics. - M.: FIZMATLIT, 2007. - 480 pp. - ISBN 978-5-9221-0864-5), taken as a prototype, designed for calibration of vector receivers and sound pressure receivers (hydrophones) using the absolute method in a vertically oscillating column of liquid. The installation includes a working chamber in the form of a section of a vertical pipe with a feedback hydrophone installed in it, amplifiers, narrow-band filters, a phase meter, a voltmeter, a feedback circuit regulator, a generator, a digital program unit, a power amplifier, a vibration exciter and a PC with an analog-to-digital circuit board. converter (ADC).
Основанием камеры служит жесткий поршень, возбуждение которого осуществляется с помощью электродинамического вибровозбудителя.The base of the chamber is a rigid piston, the excitation of which is carried out using an electrodynamic vibration exciter.
Для закрепления градуируемого векторного приемника или приемника звукового давления и перемещения его в вертикальном и горизонтальном направлениях служит координатное устройство.A coordinate device is used to secure a calibrated vector receiver or sound pressure receiver and move it in the vertical and horizontal directions.
Основными недостатками установки являются: ограничение рабочего пространства и неравномерность гидроакустического поля камеры малого объема за счет наличия в ней гидрофона обратной связи, и наличие нелинейных элементов в цепи генератора для формирования колебаний вибровозбудителя.The main disadvantages of the installation are: limitation of the working space and unevenness of the hydroacoustic field of a small volume chamber due to the presence of a feedback hydrophone in it, and the presence of nonlinear elements in the generator circuit for generating oscillations of the vibration exciter.
На устранение указанных недостатков направлено новое техническое решение Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса, технической задачей которой является увеличение рабочего пространства камеры малого объема, уменьшение неравномерности гидроакустического поля камеры малого объема и повышение точности формируемых колебаний в камере малого объема.A new technical solution is aimed at eliminating these shortcomings: an installation for calibrating hydroacoustic receivers in a small-volume chamber using parametric resonance, the technical task of which is to increase the working space of the small-volume chamber, reduce the unevenness of the hydroacoustic field of the small-volume chamber and increase the accuracy of the generated oscillations in the small-volume chamber.
В качестве устройства измерения частоты колебаний вибровозбудителя возможно использовать акселерометр. Акселерометр является преобразователем механических колебаний в электрический сигнал пропорциональный виброускорению. Внутри акселерометра находится масса, прикрепленная к пружине или другому эластичному элементу. При изменении колебании объекта масса смещается, вызывая изменение некоторого физического параметра (например, сопротивление, емкости, индуктивности или оптического сигнала), который затем преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный ускорению. По полученному сигналу измеряются частота и другие частотные характеристики. Частотный диапазон от 0 до 1/3 резонансной частоты акселерометра (обычно 30 кГц). они имеют линейную амплитудную чувствительность в рабочем диапазоне и стабильно работают длительное время.An accelerometer can be used as a device for measuring the vibration exciter frequency. An accelerometer is a converter of mechanical vibrations into an electrical signal proportional to vibration acceleration. Inside the accelerometer is a mass attached to a spring or other elastic element. As the vibration of an object changes, the mass shifts, causing a change in some physical parameter (such as resistance, capacitance, inductance, or an optical signal), which is then converted into an electrical signal proportional to the acceleration. The frequency and other frequency characteristics are measured from the received signal. Frequency range from 0 to 1/3 of the accelerometer resonant frequency (typically 30 kHz). they have linear amplitude sensitivity in the operating range and operate stably for a long time.
Существует 2 способа внешнего воздействия на колебательную систему: силовое и параметрическое.There are 2 ways of external influence on the oscillatory system: force and parametric.
Классическим примером силового воздействия на LC-контур является включенный в цепь контура генератор. Он задает колебания на некоторой частоте р с возникновением вынужденных колебаний в LC-контуре.A classic example of force acting on an LC circuit is a generator connected to the circuit circuit. It sets oscillations at a certain frequency p with the occurrence of forced oscillations in the LC circuit.
Параметрическое воздействие характеризуется периодическим изменением какого-либо параметра системы, вследствие чего возникает реактивная энергия.Parametric action is characterized by a periodic change in any parameter of the system, as a result of which reactive energy arises.
Для возбуждения резонансных колебаний в системе используется параметрический генератор. Это позволяет изолировать контур возбуждения излучателя от различных частотных составляющих, вызванных наличием нелинейных элементов в системе и повысить точность формируемых сигналов.A parametric generator is used to excite resonant oscillations in the system. This allows you to isolate the excitation circuit of the emitter from various frequency components caused by the presence of nonlinear elements in the system and increase the accuracy of the generated signals.
Принцип работы параметрического генератора заключается в том, что к основному колебательному контуру с помощью тиристоров подключается дополнительный конденсатор с номиналом втрое большим по сравнению с аналогичным элементом контура, что изменяет параметры этого контура в процессе каждого колебания в зависимости от наличия положительного управляющего напряжения на тиристорах, подаваемого на них в момент максимального тока и снимаемого при его нулевом значении. При этом длительность положительного импульса управляющего напряжения составляет для дополнительной ёмкости половину периода основной частоты колебаний контура, а длительность отрицательного импульса в обоих ёмкостях составляет четверть от этого периода для создания периодических изменений параметров контура в процессе каждого колебания и, способствуя тем самым возбуждению параметрического резонанса и генерации электрической мощности в устройстве. Источник колебаний полностью функционально независим от воздействия каких-либо сторонних сил или привлечения других видов энергии.The principle of operation of a parametric generator is that an additional capacitor with a nominal value three times larger than a similar element of the circuit is connected to the main oscillatory circuit using thyristors, which changes the parameters of this circuit during each oscillation depending on the presence of a positive control voltage on the thyristors supplied on them at the moment of maximum current and removed at its zero value. In this case, the duration of the positive control voltage pulse for the additional capacitance is half the period of the main oscillation frequency of the circuit, and the duration of the negative pulse in both capacitors is a quarter of this period to create periodic changes in the circuit parameters during each oscillation and, thereby contributing to the excitation of parametric resonance and generation electrical power in the device. The source of oscillations is completely functionally independent of the influence of any external forces or the attraction of other types of energy.
Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующий суммарный технический результат:The implementation of the task allows us to achieve the following total technical result:
- увеличение объёма рабочего пространства и уменьшение неравномерности гидроакустического поля в камере малого объёма;- increasing the volume of the working space and reducing the unevenness of the hydroacoustic field in a small-volume chamber;
- повышение точности формируемых колебаний в камере малого объёма за счёт использования параметрического генератора.- increasing the accuracy of generated vibrations in a small-volume chamber through the use of a parametric generator.
Указанный технический результат достигается тем, что заявленная Установка для градуировки гидроакустических приёмников в камере малого объёма с применением параметрического резонанса содержит камеру малого объёма вертикального типа, выполненная с возможностью размещения в ней градуируемого гидроакустического приёмника, и закрепления его на координатном устройстве, сигнал с которого через усилитель и фильтр нижних частот поступает на вольтметр и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), подключённый к ПЭВМ, которая управляет через цифровой программный блок параметрическим генератором, подключенным к вибровозбудителю и АЦП.The specified technical result is achieved by the fact that the claimed Installation for calibrating hydroacoustic receivers in a small-volume chamber using parametric resonance contains a small-volume vertical-type chamber, made with the possibility of placing a calibrated hydroacoustic receiver in it, and fixing it on a coordinate device, the signal from which is transmitted through an amplifier and the low-pass filter is supplied to a voltmeter and an analog-to-digital converter (ADC), connected to a PC, which controls, through a digital program unit, a parametric generator connected to a vibration exciter and ADC.
Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является то, что к нижнему торцу камеры малого объема дополнительно прикреплен акселерометр, подключенный к АЦП, который обеспечивает измерение частоты колебаний в камере малого объема.The fundamental difference between the claimed invention and the prototype is that an accelerometer is additionally attached to the lower end of the small-volume chamber, connected to an ADC, which provides measurement of the oscillation frequency in the small-volume chamber.
Сущность изобретения поясняется чертежом:The essence of the invention is illustrated by the drawing:
Фиг. 1 Установки для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса. Функциональная схема.Fig. 1 Installations for calibrating hydroacoustic receivers in a small-volume chamber using parametric resonance. Functional diagram.
На фиг. 1 представлена функциональная схема Установки для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса.In fig. Figure 1 shows a functional diagram of the Installation for calibrating hydroacoustic receivers in a small volume chamber using parametric resonance.
Установка включает в себя:Installation includes:
1. Камера малого объема.1. Small volume chamber.
2. Градуируемый гидроакустический приемник.2. Calibrated hydroacoustic receiver.
3. Усилитель.3. Amplifier.
4. Фильтр нижних частот (ФНЧ).4. Low pass filter (LPF).
5. Вольтметр.5. Voltmeter.
6. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП).6. Analog-to-digital converter (ADC).
7. ПЭВМ.7. PC.
8. Цифровой программный блок.8. Digital program block.
9. Параметрический генератор.9. Parametric generator.
10. Вибровозбудитель.10. Vibration exciter.
11. Акселерометр.11. Accelerometer.
12. Координатное устройство.12. Coordinate device.
Все блоки соединены электрическими связями.All blocks are connected by electrical connections.
Градуируемый гидроакустический приемник 2, помещен в камеру малого объема 1 вертикального типа и закреплен на координатном устройстве 12.The calibrated
Градуируемый гидроакустический приемник 2 через усилитель 3 и фильтр нижних частот 4 подключен к вольтметру 5 и АЦП 6. АЦП 6 подключен к ПЭВМ 7, которая управляет через цифровой программный блок 8 параметрическим генератором 9. Выходы параметрического генератора 9 подключены к АЦП 6 и вибровозбудителю 10, который формирует гидроакустическое поле в камере малого объема 1. Сигнал с акселерометра 11 поступает на ПЭВМ 7 через АЦП 6.The calibrated
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Исследуемый гидроакустический приемник 2 помещается в камеру малого объема 1 и закрепляется на координатном устройстве 12.The
С ПЭВМ 7 подаются сигнал запуска и сигнал параметров колебаний через цифровой программный блок 8 на параметрический генератор 9. Параметрический генератор 9 запускается и формирует высокостабильные электрические колебания, которые подаются на вибровозбудитель 10.From the
Вибровозбудитель 10 преобразовывает электрические колебания в механические, тем самым в камере малого объема 1 формирует колебания столба жидкости. Формируется гидроакустическое поле стоячей волны в камере малого объема 1. Акселерометр 11 измеряет виброускорение нижнего торца камеры малого объема 1. Сигнал с акселерометра 11 подается на АЦП 6 и далее на ПЭВМ 7, в которой рассчитывается гидроакустическое поле стоячей волны в камере малого объема 1.The
Сигнал с градуируемого гидроакустического приемника 2 усиливается усилителем 3. Затем поступает на вход фильтра нижних частот 4. Далее он регистрируется вольтметром 5 и поступает на вход АЦП 6 для дальнейшей обработки на ПЭВМ 7.The signal from the calibrated
Во время проведения цикла измерений осуществляется дискретное изменение частот с помощью цифрового программного блока 8, управляемого ПЭВМ 7.During the measurement cycle, a discrete change in frequencies is carried out using a digital program unit 8 controlled by a
С помощью ПЭВМ 7 определяются частота сигнала и уровень гармоник, проводятся расчеты характеристик гидроакустического поля стоячей волны в камере малого объема 1 из значения частоты колебания, зарегистрированного акселерометром 11 и высоты столба жидкости:Using a
где р - амплитуда звукового давления;where p is the amplitude of sound pressure;
u - колебательная скорость;u - oscillatory speed;
d - расстояние от поверхности воды;d - distance from the water surface;
- волновое сопротивление; - wave resistance;
ρ - плотность воды;ρ - density of water;
с - скорость звука в воде;c is the speed of sound in water;
k - волновое число, которое рассчитывается по формуле: k is the wave number, which is calculated by the formula:
где λ - длина волны;where λ is wavelength;
ƒ - частота колебаний, измеренная акселерометром.ƒ - vibration frequency measured by the accelerometer.
Поместив градуируемый гидроакустический приемник 2 на глубину d и измерив его выходное напряжение U, получим соотношения для его чувствительности в единицах:By placing the calibrated
- эквивалентного звукового давления плоской бегущей волны:- equivalent sound pressure of a plane traveling wave:
- колебательного ускорения для приемника градиента давления (ПГД):- oscillatory acceleration for the pressure gradient receiver (PGD):
- колебательной скорости:- oscillatory speed:
где: Pd=Po⋅p(d) - рассчитанное абсолютное значение звукового давления на глубине d;where: P d =P o ⋅p(d) - calculated absolute value of sound pressure at depth d;
- рассчитанное абсолютное значение колебательной скорости на глубине d. - calculated absolute value of the oscillatory velocity at depth d.
На низких частотах на градуируемый гидроакустический приемник 2 действует дополнительное акустическое давление, обусловленное колебанием гидростатического давления. Поэтому при градуировке гидроакустического приемника (гидрофона) следует вводить поправочный множительAt low frequencies, the calibrated
Абсолютное значение давления Po на глубине do определяется единожды при метрологической аттестации установки по образцовому измерительному гидрофону первого разряда.The absolute value of pressure P o at a depth d o is determined once during metrological certification of the installation using a standard first-class measuring hydrophone.
Технический результат изобретения заключается в создании нового устройства «Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса», которое позволяет увеличить рабочее пространство камеры малого объема, уменьшить неравномерность гидроакустического поля камеры малого объема и повысить точность формируемых колебаний в камере малого объема.The technical result of the invention is to create a new device “Installation for calibrating hydroacoustic receivers in a small-volume chamber using parametric resonance,” which allows to increase the working space of a small-volume chamber, reduce the unevenness of the hydroacoustic field of a small-volume chamber and increase the accuracy of the generated oscillations in a small-volume chamber.
Заявленная установка промышленно применима, так как при ее изготовлении могут быть использованы широко распространенные устройства и компоненты, такие как: ПЭВМ, акселерометр, камера малого объема, вибровозбудитель, УНЧ, ФНЧ.The claimed installation is industrially applicable, since in its manufacture widespread devices and components can be used, such as: PC, accelerometer, small-volume camera, vibration exciter, ULF, low-pass filter.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2814647C1 true RU2814647C1 (en) | 2024-03-04 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU853445A2 (en) * | 1979-10-05 | 1981-08-07 | Предприятие П/Я А-3759 | Hydraulic acoustic pulser for checking pressure transducers |
RU2141742C1 (en) * | 1995-06-05 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for calibration of hydrophones |
JP2001091535A (en) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Denso Corp | Capacitor type physical-quantity detecting apparatus |
RU136487U1 (en) * | 2013-09-12 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГЕРС Технолоджи" | ACOUSTIC TELEMETRIC SYSTEM FOR MONITORING THE STATE OF THE OBSERVING WELL |
RU2782354C2 (en) * | 2020-07-28 | 2022-10-26 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАКС" | Apparatus for grading electroacoustic transducers |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU853445A2 (en) * | 1979-10-05 | 1981-08-07 | Предприятие П/Я А-3759 | Hydraulic acoustic pulser for checking pressure transducers |
RU2141742C1 (en) * | 1995-06-05 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for calibration of hydrophones |
JP2001091535A (en) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Denso Corp | Capacitor type physical-quantity detecting apparatus |
RU136487U1 (en) * | 2013-09-12 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГЕРС Технолоджи" | ACOUSTIC TELEMETRIC SYSTEM FOR MONITORING THE STATE OF THE OBSERVING WELL |
RU2782354C2 (en) * | 2020-07-28 | 2022-10-26 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАКС" | Apparatus for grading electroacoustic transducers |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Гордиенко В.А. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 480 с. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108594238B (en) | Transient signal-based device and method for calibrating electroacoustic performance of underwater acoustic transducer | |
RU2596239C1 (en) | Method of vibroacoustic tests of specimens and models | |
CN110823769B (en) | Ultrasonic suspension type liquid surface tension coefficient measuring method and device | |
CA2908061C (en) | A method of generating a drive signal for a vibratory sensor | |
JP7179478B2 (en) | Gas sensor and gas detection method | |
RU2814647C1 (en) | Device for calibrating hydroacoustic receivers in small-volume chamber using parametric resonance | |
CN111412974A (en) | System and method for calibrating co-vibration vector sensor | |
US9140619B2 (en) | Piezoelectric vacuum gauge and measuring method thereof | |
RU2605503C1 (en) | Test bench for vibration isolators resilient elements testing with piezoelectric vibrator | |
CN110133665A (en) | A kind of Doppler measurement method of the ultrasonic transducer based on envelope | |
RU158238U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING VALUE OF FREQUENCY OF INSTALLATION RESONANCE OF A PIEZOELECTRIC VIBRATION CONVERTER | |
Listewnik | A design of an acoustic coupler for calibration of hydrophones at low frequencies | |
CN107389794A (en) | Measure the method and system of rock attenuation coefficient | |
Malarkodi et al. | Design considerations and establishment of a low frequency hydrophone calibration setup using the principle of vibrating water column | |
Leiko et al. | Experimental data on dynamic changes of radio pulses when they are emitted by piezoceramic electromechanical transducers | |
RU2467297C1 (en) | Pulsator of quick-changing pressure | |
Rouse et al. | Vibration studies of Monticello dam | |
RU2791859C1 (en) | Piezoelectric stand for measuring parameters of seismic receivers build into a product of complex shape | |
RU2593646C1 (en) | Method of determining frequency of setup resonance piezoelectric vibration transducer and device for its implementation | |
RU2466368C1 (en) | Method of determining dynamic characteristics of tensometric pressure transducer (versions) | |
RU2231026C1 (en) | Meter for measuring parameters of internal waves in sea medium | |
RU160686U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING VALUE OF FREQUENCY OF INSTALLATION RESONANCE OF A PIEZOELECTRIC VIBRATION CONVERTER | |
SU587333A2 (en) | Device for measuring liquid volume | |
SU1140001A1 (en) | Density meter | |
Franklin et al. | Acoustically driven water waves |