SU1014154A1 - Датчик дл акустических измерений - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электромеханическим преобразовател м, а именно к устройствам дл  преобразовани  звуковых колебаний в электрические.

Известен датчик дл  измерени  механических колебаний, содержащий трехкомпонентный акселерометр, чувствительный к механическим колебани м в трех взаимно перпендикул рных направлени х 1 .

Недостатком датчика  вл етс  отсутствие возможности опоеделени  направлени  распространени  колебаний.

Известен также измеритель интенсивности акустического пол  в жидких средах, содержащий сферическую подвешенную на гибких элементах .пьезокерамическую сферу с установленными внутри нее бииорфныМи пьезоакселерометрами 23

Недостатком известного датчика  вл етс  неприменимость его дл  газовых сред ввиду малой чувствительности Кроме того, датчик может быть использован дл  измерени  интенсивности г только стационарного акустического пол  в заданном заранее известном направлеЛ1И .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей за счет измерени  пространственного вектора интенсивности акустического пол  в газовых средах,что позвол ет определ ть направление распространени  колебаний в медленно мен ющемс  акустическом поле.

Пдставленна  цель достигаетс  тем, что в датчике дл  акустических измерений ,. содержащем сферический корпус с устройством подвеса и с встроенными приемниками колебательной скорости корпуса, корпус датчика выполнен в виде жесткой тонкостенной сферической оболочки и снабжен четырьм  приемниками звукового давлени , мембраны которых расположены в вершинах правильного тетраэдра, вписанного в сферу корпуса, а приемники колебательной скорости установлены на равных рассто ни х от центра сферы в трех взаимно ортогональных напра влени х по два приемника на каждую ось.

Эффективна  работа датчика дл  акустических измерений обеспечиваетс  реализацией круговой характеристики направленности по звуковому давлению благодар  введению четырех приемников звукового давлени  и получению дипольНОИ характеристики направленности по колебательной скорости дл  каждой пространственной координаты, что достигаетс  расположением приемников коле

бательно(4 скорости в трех взаимно ортогональных направлени х по два, приемника на каждую ось. Важное зна- . чение имеет также совйадение геометрического центра сферы, акустических центров приемника давлени  и приемника колебательной скорости с центром масс всей конструкции. Последнее обеспечиваетс  путем симметричного расположени  мембран приемников звукового давлени  в вершинах правильного тетраэдрГа, вписанного в сферу корпуса, и размещением приемников колебательной скорости на равных рассто ни х от центра сферы.

0 На фиг. 1 .избражён предложенный датчик, общий вид; на фиг. 2 - то же, разрез; на фиг 3 - схема пространственного расположени  приемников звукового давлени  относительно осей

чувствительности X, У и Z и приемников колебательной скорости корпуса датчика.

Датчик дл  акустических измерений состоит из тонкой сферической оболрч0 ки 1, выполненной, например, из металлизированной с внешней стороны дл  исключени  вли ни  внешних элект- ромагнитных полей жесткой легкой ..: пластмассы. На поверхности корпуса

расположены мембраны конденсаторных приемников 2 звукового давлени  (микрофонов ). Последние установлены герметично заподлицо с поверхностью сферического корпуса. С целью исключени  фазового набега и обеспечени  круговой характеристики направлен ности микрофоны 2 расположены в вершинах тетраэдра, мысленно вписанного в сферу (фиг. 3). Такое расположение

5 приемников звукойого давлени  обеспечивает также сферическую симметрию относительно падени  звуковой волны.. Внутри сферического корпуса в трех взаимно ортогональных направлени х

0 X, У и Z на равных рассто ни х от : .; центра сферы установлены приемники .3 колебательной скорости (ускорени , смешени ) корпуса датчика, по два приемника на каждую ось. Центровка

5 приемников 3 колебательной скорости относительно геометрического центра сферического корпуса осуществл етс  с помощью куба и установочных винтов 5. Вывод электрических сигналов

.от приемников 2 давлени , соединенных параллельно с каждой парой приемников 3 колебательной скорости, осуществл етс  с помощьюггибких экранированных кабелей через отверсти  в корпусе сферы.

Датчик работает следующим образом. При воздействии звуковой волны с приемников звукового давлени  получают электрический сигнал, пропорциональный акустическому давлению, а с трех пар расположенных взаимно ортогонально приемников колебательной скорости - электрические сигналы, пропорциональные колебательной скорости частиц среды в звуковой волне по трем координатным ос м X, У и Z. В качестве приемников, воспринимающих колебани  корпуса датчика, могут быть использованы любые типы преобразователей: пьезоакселерометры, электродинамические приемники колебательной

.скорости или прнменики смещени . При использовании приемников ускорени  или смещени  .следует использовать

i интеграторы ит дифференцирующие це .почки дл  получени  элёктрическигс сигналов , пролорцирнальных колебатель-. ной скорости Ko0ftyca датчика интенсивности . После лослейовдтельного

Ьеремножеиий длектрических сигналов,

Пропорщюнальныхзёукоебму давлению

и колебательной- скорости по координатным ос м, получают электрические сигналы., пропорциональнее проекци м вектора интенси| ности J на координатные оси, Jj(, J и J. Зна  проекции вектораинтенсивности, определ ют путем векторного сложени  величину и направление вектора J в пространстве .

Выполнение корпуса в виде легкой, iжесткой тонкостенной сферической оболочки позвол ет уменьшить массу датчика , т.е. уменьшить его среднюю плоностьрсферы и, таким образом, повы;сить чувствительность датчика на колебательной скорости. Использование в качестве приемника звукового давлени  микрофонов позвол ет примен ть предложенный датчик интенсивности в газовых средах. Одновременное 1 змерение трех проекций J, J позвол ет определ ть распространение акустической энергии в пространстве в каждый момент времени принеизвестном направлении распространени  звуковой волны.

Изобретение найдет щжменеиие при исследовани х акустических полей в замкнутых объемах и локализации ис-точников шума, в частности, в кабинах и салонах трансгюртных средств и летательных аппаратов.

Claims (1)

1. (5^) ДАТЧИК ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ, содержащий сферический кор пус с устройством подвеса и с встроенными приемниками колебательной скорости корпуса, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения пространственного 'вектора интенсивности акустического поля в газовых средах, корпус датчика выполнен в виде жесткой тонкостенной сферической оболочки и снабжен четырьмя приемниками звукового давления, мембраны которых расположены, в вершинах правильного тетраэдра,, вписанного в сферу корпуса, а приемники колебательной скорости установлены на равных расстояниях от центра сферы в трех взаимно ортогональных направлениях по два приемника на каждую ось.