SU1021954A1 - Method of absolute determination of acoustic wave pressure amplitude - Google Patents

Method of absolute determination of acoustic wave pressure amplitude Download PDF

Info

Publication number
SU1021954A1
SU1021954A1 SU813366873A SU3366873A SU1021954A1 SU 1021954 A1 SU1021954 A1 SU 1021954A1 SU 813366873 A SU813366873 A SU 813366873A SU 3366873 A SU3366873 A SU 3366873A SU 1021954 A1 SU1021954 A1 SU 1021954A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
amplitude
medium
pressure
wave
acoustic wave
Prior art date
Application number
SU813366873A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Рейман
Павел Константинович Чичагов
Юрий Алексеевич Чичканов
Original Assignee
Институт прикладной физики АН СССР
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт прикладной физики АН СССР filed Critical Институт прикладной физики АН СССР
Priority to SU813366873A priority Critical patent/SU1021954A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1021954A1 publication Critical patent/SU1021954A1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

СПОСОБ АБСОЛЮТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ . Амплитуда ДАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСЮЙ ЮЛНЫ, заключающийс  в том, что в вде возбуждают плоскую акустическую волну, регистрируют с помощью преобразовател  информативный параметр на частотеf возбужденной волны в двух точках среды, наход щихс  на фиксированном рассто нии В. одна от другой в направлении распространени  волны, и по измеренным параметрам определ ют амплитуду давлени  возбуждаемой акустической волны, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измер емых амплитуд давлени  и повыиени  точности, в качестве информативного параметра выбирают амплитуды прин тых преобразователем сигналов, измер ют их на удвоенной частоте 25, а амплитуду давлени  акустической волны расчитывают по формуле УС iPa-t|Pii-P afPn Р--1 ftSCJ l) Е где р - плотность среды; С - скорость звука в среде, У - параметр нелинейности среды/ f Ру, мРу, - измеренные значени  ампли туд сигналов на .частоте (W 1) и 2.(METHOD OF ABSOLUTE DEFINITION. The amplitude of the PRESSURE of the ACOUSTIC JULNA, which consists in the fact that a plane acoustic wave is excited, is recorded using an informative parameter transducer at the frequency of the excited wave at two points of the medium at a fixed distance B. from the other in the direction of wave propagation and the measured parameters determine the amplitude of the pressure of the excited acoustic wave, characterized in that, in order to expand the range of the measured pressure amplitudes and improve the accuracy, as an informative th parameter selected amplitude of the received transducer signals, their measured at the doubled frequency 25 and amplitude of the acoustic wave pressure is calculated by the formula CM iPa-t | Pii-P afPn P - 1 ftSCJ l) E where p - density of the medium; C is the speed of sound in the medium, Y is the nonlinearity parameter of the medium / f Py, mRu, are the measured values of the amplitudes of the signals at the frequency (W 1) and 2. (

Description

INDIND

соwith

0101

4;аь Изобретение относитс  к акустйчвскмм и гидроакустическим измерени м и может быть использовано дл  .абсолютной калибровки акустических преобразователей. Известен способ абсолютного опр делени  амплитуд давлени  акустической волны, заключающийс  в том, что измер ют радиационное давлениес помощью радиометра выполненного, например, в виде легкого диска, ша{жка или конуса, размеры которых мн го больше длины звуковой волны, и на основании этих измерений определ ют амплитуду волны i. .Недостатком способа  вл етс  его слаба  помехозащищенность, пос .кольку на показани  радаюметра вли ют акустические течени , конвенционные и другие потоки. Кроме того, способ не может быть использован дл  измерени  амплитуд в импульсном режиме излучени . Нгшбопее близким к изоефетенйю по технической суидаости и достигаемо результату  вл етс  способ абсолютного определени  амплитуды давлени  акустической волны, заключающийс  в том, что в среде возбуждают плоскую акустическую волну, регистрируют с поьюпцью преобразовател  информативный параметр на частоте I возбужденной волны в двух точках среды, наход 1кихс  на фиксированном рассто нии 1 одна от другой в цаправлении распространени  волны, и по измереннш параметрам рпредел}пот амплитуду давлени  возбуждаемой акустической волны. В качестве информативного пгфаметра выбирают фазу колебаний и по величине дмплитуды колебаний разности фаз в двух точках приема, возникаюошх вследствие акустической модул ции времени распространени  волны за счет возбуждени  в среде низкочасто ных плоских волн большой амплитуды, определ ют амплитуду Р давлени  t2 Недостатке способа  вл етс  сравнительно узкий да1апазон измер емых амплитуд давлени . Этр обуслов лено, прежде всего, имеющей место неоднозначностью отсчета девигщии фаэы а именно существует такое значение гмппитуды давлени  Р| , при котором сшплитуда колебаний фазы одна и та же при амплитудах давлени  акустической волны Р, Р+Р, Р+2Р, и т.д., т.е. однозначное определение амплитуды давлени  возможно лишь в диапазоие, не превьшающем Р„. Кроме того, на результаты изме . , - . . рений оказывает вли ние дополнитель ный набег фазы вследствие акустичес кого ветра. Цель изобретени  - расширение диапазона измер емых амплитуд давле ни  и повьшение точиости. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу абсолютного v определени  амплитуды давлени  акустической волны, заключающемус  в том, что в среде возбуждают плоскую акустическую волну, регистрируют с помощью .прео азовател  информативный параметр на частуэте возбужденной волны в двух точках среди, иаходшцйхс  на фиксированно рассто нии } одна от в направлении распространени  волны, и по измеренным параметрам определ ют амплитуду давлени  возбуждаемой акустической волны, в качестве информативного паpewerpa выбирают амплитуды прин тых преобразователем сигналов, измер ют их на удвоенной частоте 2 , а амплитуду Р давлени  акустической волны расчитывают по формуле 1Р11)Р.1-Раг1%1 ) р -плотность среды; с -скоростьзвука в среде; -у -параметр нелинейности среды/ Р и РП -измеренные значени  ампли туд сигналов на частоте ( м- 1 ) и 2(и- 2) в первой и второй точках приема. На чертеже изображена блоК-схема устройства дп  реализации способа. УстрЬйство содержит электроакустически последовательно соединенные генератор 1 гармонических колебаний, излучающий 2 и широкополосный принимающий 3 преобразователи, помещенные в 4, акустические параметры f , сиу которой известны, широкополосный усилитель 5 и спектроанализатор 6., Сущность способа заключаетс  в следующем. в среде возбуждают, например, с помощью пьезопреобразовател  плоскую акустическую волну. В силу нелинейности среды в последней возбуждаетс  акустическа  волна на удвоенной частоте , амплитуда которой зависит от амплитуды Р возбуждаемой волиа частоты и рассто ни  от излучател . Затем широкополосным акустическим приемником осуществл етс  прием акустического сигнала в двух точках на рассто ни х 1 и 1 от центра излучающего преобразовател , при этом выдел ют, например, с помощью спектроанализатора и измер ют амплитуда р сигналов на частотеЕ и на частоте 2f. , Истинные значени  амплитуд Щ на частоте и на частоте 2 и измеренные величины сигналов Ру, в каждой точке I св заш: соотношениеи Р 10 МРаГ- Рао(е,-),(1) где tC неизвестный коэффициент пре образовани  тракта . Поскольку в каждой из точек приема на частоте 2 регистрируетс  не только амплитуда давлени , обусловленна  нелинейностью сре ы, но и амплитуда давлени  Рц, обусловлвн Нёш нелинейностью излунгиоцего трак .та, (, наличием сигнала на частоте 2f, KOTOptaR, щгактнчески, всегда присутствует в ф(ф «РУемом излучающем преобразователем сигнале в TO4Kieix приема амплитуда сигнала на частоте 2{ равны Р се V Hiliilb оЧр - ioc ; 1так как дл  плоской волныТюСе.) Р,(еа)-Р. П ;жнима  во внимакие соотношени  (2) и (3), истинное значение амплит ал Р давлени  акустической волны мо нр определить из соотноиюни  П1г iriie - В об&1ем случае, когда излучаема  волна не  вл етс  плоской, амшшту1да Р измер е юго давлени  может быт определена из соотношени  failPn-PteiPn) е 1Cf(4.1 где А - параметр, хгфакт изунций тип волны, причем А 2 дл  плоской волны, А сферической вол №1 и А « 2V R/RO дл  ц лиидрической волны, R - (Ц + 1д)/2, Re- радиус излучаюсцего п| еобраэовател . Способ с помс цью устройства осуществл ют следующим образс л, С помощью генератсж а 1 электцжческих- сигналов и взлучакшсего преоб разовател  2, например, пьезокерамического , в.среде 4 возбуждают аку гаческую волну частоты . Перемеща фиемный пьезощ еобразователь 3 в игшравлении растфостранени  акустический волны, осув|ествл кгт прием акустического сигнала, уси ливаетс  широкополосным усил тел«м обеспечившощим одинаковое уснле ие аигнгшов на частотах {- к 2, и с помощью спектроанал з1атора б вы|дел  ют и измер ют амплитуду (жгналов на частоте i и 2{. Значени  амплитуд подставл ют в формулу (1)   рассч щвают истинное давление акустической волны. Необходимо отметить, что работо- , способность способа не зависит от конфигурации преобразовател  3, так как от этого зависит л(т1ь коэффициент преобразовани  тракта, знание которого не  вл етс  необходимым. OwiaKO при реализации способа необходимо обеспечить режим чисто бегущей волны, так как при наличии даже небольшой по амплитуде сто чей волш , амплитуда прин того сигнала может мен тьс  по мере перемещени  пре образовател  3 и фсфмула (1) несправедлива . Поэтому изготовлении преобразовател  3 в виде полой сферы или трубчатого цилиндра размеры его могут бытЬ| в принципе, любыми по сравнению с длиной волны, а при изготовлении преобразовател  3 а виде пластины следует либо размеры его делать меньше длишл волш1, так, чтоба не ffono сто чих волн, либо работать в режиме длинных имхтульсов (длительностью пор дка 10 периодов высокого частотного заполнени ) и измерени  проводить по первому прошеда1ему импульсу, исключа  многократно отраженные, например, путем временного стробировани . Способ, практически, не содержит ограничений на диапазон измер емых величин. Максимальна  атлплитуда давлени  акустической волны, котсчрую можно измерить определ етс  вьцраже нием И в случае ти-, ) пичном дл  гидрофизически;с, медицинских исследований {f 1 Мгц, 1 « 10 см, У 7 (вода) составл ет . 3-10 Па. Минимальна  амп 1итуда давлени  определ етс  динамическим диапазоном и уровнем шумов приемного тракта устройства, реализующего способ и дл  приведенных выше параметров составл ет около 100 Па. Основным достоинством способа  вл етс  возможность проведени  измерений с высокой точностью без предварительной калибровки приемного тракта, а также его высока  помехозащищенность , так как на результаты измерений не вли ет акустический ветер в среде, и практически не сказываютс  флюктуации частоты генератора . Следует также указать на возможность проведени  измерений в импульсном режиме, поскольку акустический высокочастотный импульс в нелинейной среде ведет себ  так же, как непрерывна  волна, если в импульсе4; ai The invention relates to acoustic and acoustic measurements and can be used for absolute calibration of acoustic transducers. A known method for the absolute determination of the amplitudes of the pressure of an acoustic wave, which consists in measuring the radiation pressure using a radiometer made, for example, in the form of a light disk, pin or cone, the dimensions of which are much larger than the length of the sound wave, and based on these measurements determine the amplitude of wave i. . The disadvantage of the method is its low noise immunity, since the radiameter readings are influenced by acoustic currents, conventional currents and other currents. In addition, the method cannot be used to measure amplitudes in a pulsed emission mode. A technical approach and an achievable result is a method for absolute determination of the amplitude of the pressure of an acoustic wave, consisting in that a plane acoustic wave is excited in a medium, and an informative parameter is recorded at frequency I of the excited wave at two points of the medium, found 1x at a fixed distance 1 from one another in the direction of the propagation of the wave, and according to the measured parameters distribution of the amplitude of the pressure of the excited acoustic wave. As an informative filter, choose the oscillation phase and the magnitude of the amplitude of oscillations of the phase difference at two reception points arising due to acoustic modulation of the wave propagation time due to excitation of low-amplitude low-plane plane waves of large amplitude, the amplitude P of the pressure t2 is determined. The disadvantage of this method is relatively narrow range of pressure amplitudes measured. This is caused, first of all, by the ambiguity of reference of the deviation phase, namely, there is such a value of pressure power P | where the phase oscillation rate is the same at the amplitudes of the acoustic wave pressure P, P + P, P + 2P, etc., i.e. unambiguous determination of the pressure amplitude is possible only in the range not exceeding Pn. In addition, the results change. , -. . Rhenium is affected by an additional phase shift due to acoustic wind. The purpose of the invention is to expand the range of measured pressure amplitudes and to increase the accuracy. This goal is achieved by the method of absolute v determining the amplitude of the pressure of an acoustic wave, which consists in the fact that a plane acoustic wave is excited in a medium, and an informative parameter is recorded at a frequency of the excited wave at a fixed distance between the waves of the excited wave } one from in the direction of the wave propagation, and the measured amplitude of the pressure of the excited acoustic wave is determined from the measured parameters; the amplitudes n yn received signals transducer measured at the doubled frequency of 2 and the amplitude of the acoustic wave pressure P is calculated by the formula 1R11) R.1-Rag1% 1) p is the density of the medium; with the speed of sound in the environment; -y-parameter non-linearity of the medium / Р and RP-measured values of the amplitudes of the signals at the frequency (m-1) and 2 (and-2) at the first and second receiving points. The drawing shows a block diagram of the device dp implementation of the method. The device contains electroacoustic-connected harmonic oscillator 1, radiating 2 and wideband receiving 3 transducers placed in 4, acoustic parameters f, known for which, wideband amplifier 5 and spectrum analyzer 6. The essence of the method is as follows. in the medium, a plane acoustic wave is excited, for example, by means of a piezo-transducer. Due to the nonlinearity of the medium in the latter, an acoustic wave is excited at the double frequency, the amplitude of which depends on the amplitude P of the excited wave frequency and the distance from the radiator. Then, a broadband acoustic receiver receives the acoustic signal at two points at distances 1 and 1 from the center of the radiating transducer, whereby the amplitude p of signals at frequency E and frequency 2f is measured, for example. , The true values of the amplitudes U at the frequency and at the frequency 2 and the measured values of the signals Py, at each point I w z zash: ratios P 10 MPaG-Rao (e, -), (1) where tC is the unknown path conversion factor. Since at each reception point at frequency 2, not only the pressure amplitude due to the non-linearity of the medium is recorded, but also the pressure amplitude Pc, caused by the non-linear non-linearity of the trajectory, (always, the presence of a signal at 2f, KOTOptaR, is always present in (The “receiving signal amplitude in TO4Kieix receiving signal amplitude at frequency 2 {equal to Р CE V Hiliilb ОЧр - ioc; 1 such as for a flat wave TüSe.) Р, (ea) -R. P; picking attentive relations (2) and (3), the true value of the amplitude P of the pressure of the acoustic wave mon determine if the radiated wave is not flat, if the radiated wave is not flat, the measurement of the south pressure can be determined from the relation failPn-PteiPn) 1Cf (4.1 where A is the parameter, xfact izunci wave type, and A 2 for a plane wave, A a spherical wave No. 1 and A 2V R / RO for a center of a liidric wave, R is (C + 1d) / 2, the Re is the radius of the irradiating radiation generator. The method with the device is performed as follows l, With the help of a generator of electrical signals 1 and a transducer 2, for example, of a piezoceramic one, i.e. 4 excites the acoustic frequency wave. By moving the phyme piezoelectric generator 3 in the acoustic emission of the acoustic wave, the signal is received by an acoustic signal, amplified by a wideband amplifier that ensures equal amplification of the signals at frequencies {- to 2, and using the spectator channel b) you divide and measure amplitudes (signals at frequency i and 2 {. The amplitudes are substituted into formula (1) to calculate the true pressure of the acoustic wave. It should be noted that the operating ability of the method does not depend on the configuration of the converter 3, since avisit l (m1 path conversion coefficient, knowledge of which is not necessary. When implementing the method, it is necessary to provide a pure traveling wave mode, since if there is even a small amplitude of the wave, the amplitude of the received signal can vary as the transducer moves 3 and ffmula (1) is not fair. Therefore, the manufacture of the converter 3 in the form of a hollow sphere or a tubular cylinder can be its dimensions | in principle, any compared to the wavelength, and in the manufacture of converter 3, the plate should either be made smaller in size than the length of the wave1, so that it doesn’t cost a lot of waves, or work in long immersion mode (lasting about 10 periods of high frequency fill) and measurements carried out on the first transmitted pulse, excluding repeatedly reflected, for example, by time gating. The method practically does not contain restrictions on the range of measured values. The maximum pressure amplitude of the acoustic wave, which can be measured, is determined by the contraction of And in the case of a typical, hydrophysically, medical research {f 1 MHz, 1 ~ 10 cm, U 7 (water) is. 3-10 Pa. The minimum ampli tude pressure is determined by the dynamic range and noise level of the receiving path of the device implementing the method and for the above parameters is about 100 Pa. The main advantage of the method is the possibility of measuring with high accuracy without preliminary calibration of the receiving path, as well as its high noise immunity, since the measurement results are not affected by the acoustic wind in the medium, and the oscillator frequency fluctuations have practically no effect. It is also necessary to indicate the possibility of measuring in a pulsed mode, since an acoustic high-frequency pulse in a nonlinear medium behaves in the same way as a continuous wave, if in a pulse

5102195451021954

укладываетс  много длин  олн. Необ-   среду непрерывной волны достаточно, ходимость проведени  таких иэмегре- большой амплитуды давлени  часто НИИ обусловлена тем, что излучение приводит к кавитации.many lengths are laid. The need for a continuous wave is sufficient, and the need to conduct such a negative pressure amplitude is often due to the fact that radiation causes cavitation.

Claims (1)

СПОСОБ АБСОЛЮТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ. Амплитуда ДАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ, заключающийся в том, что в среде возбуждают плоскую акустическую волну, регистрируют с помощью преобразователя информативный параметр на частоте? 'возбужденной волны в двух точках среда, находящихся на фиксированном расстоянии Е- одна от другой в направлении распространения волны, и по измеренным параметрам определяют амплитуду давления возбуждаемой акустической волны, отличающий ся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых амплитуд давления и повышения точности, в качестве информативного параметра выбирают амплитуды принятых преобра зователем сигналов, измеряют их на удвоенной частоте 2$, а амплитуду давления акустической волны расчитывают по формуле η п (PiMfP'H-pQzi.fP'ial еMETHOD FOR ABSOLUTE DETERMINATION. The amplitude of the ACOUSTIC WAVE PRESSURE, which consists in the fact that a plane acoustic wave is excited in the medium, register an informative parameter at a frequency using a transducer? 'of the excited wave at two points of the medium, at a fixed distance E - one from the other in the direction of wave propagation, and from the measured parameters determine the pressure amplitude of the excited acoustic wave, characterized in that, in order to expand the range of measured pressure amplitudes and improve accuracy, as an informative parameter, the amplitudes of the signals received by the transducer are selected, they are measured at a double frequency of $ 2, and the pressure amplitude of the acoustic wave is calculated by the formula η p (PiMfP'H-pQzi.fP'ial e где р - плотность среды,where p is the density of the medium, С - скорость звука в среде γ - параметр нелинейности среда/C is the speed of sound in the medium γ is the nonlinearity parameter of the medium / Ру, и Р» - измеренные значения ампли1 г туд сигналов на частоте £( и = I) и 2 £( h « 2) в первой и второй точках приема.Ru, and P ”are the measured values of the amplitude of 1 g tone signals at the frequency £ (u = I) and 2 £ (h" 2) at the first and second points of reception. CZ с©CZ with © СПJoint venture ИЙII 1021954 *1021954 *
SU813366873A 1981-12-18 1981-12-18 Method of absolute determination of acoustic wave pressure amplitude SU1021954A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813366873A SU1021954A1 (en) 1981-12-18 1981-12-18 Method of absolute determination of acoustic wave pressure amplitude

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813366873A SU1021954A1 (en) 1981-12-18 1981-12-18 Method of absolute determination of acoustic wave pressure amplitude

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1021954A1 true SU1021954A1 (en) 1983-06-07

Family

ID=20987062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813366873A SU1021954A1 (en) 1981-12-18 1981-12-18 Method of absolute determination of acoustic wave pressure amplitude

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1021954A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР И 672499, кл. G 01 Н 3/10, 1978. 2. Блинова Л. П., Колесников А. Е. Ланганс Л. В. Акустические измерени . М., Изд.-во стандартов, 1971, с. (прототип). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pinkerton A pulse method for the measurement of ultrasonic absorption in liquids: results for water
JPS5812548B2 (en) Gas bubble measurement device in liquid
US4844082A (en) Ultrasonic examination apparatus
SU1021954A1 (en) Method of absolute determination of acoustic wave pressure amplitude
US4090169A (en) Method and apparatus for determining relative phase and sensitivity of elements in an acoustic array
JPH05273335A (en) Method and device for transmitting and receiving pulsed wave
SU982442A1 (en) Ultrasonic meter of high pressure
RU2808100C1 (en) Sound velocimeter for liquid medium
RU1772631C (en) Method of determining acoustic wave pressure absolute amplitude
SU1236363A1 (en) Method and apparatus for measuring non-linear acoustical parameter of solids
Martin Measurement of acoustic output parameters from medical ultrasound devices with an RF power meter system
SU1357829A1 (en) Method and device for measuring parametric coefficient of propagation velocity of acoustic oscillations
SU1233032A1 (en) Method of measuring parameter of medium non-linearity
RU1805377C (en) Device for determining size distribution of gas bubbles in liquid
RU2020473C1 (en) Device for measurement of acoustic signal reflection factor
JPH0440309A (en) Ultrasonic measuring instrument
SU757975A1 (en) Ultrasonic measuring device
SU1147971A1 (en) Method of measuring ultrasonic wave absorption coefficient
SU1681228A1 (en) Method of determining non-linear parameter of fluids on low frequency
RU1815615C (en) Parametric acoustic locator
SU1767353A1 (en) Device for determining interface of two mediums in reservoir
SU493643A1 (en) The method of registration of surface waves of liquids
SU753271A1 (en) Device for measuring speed of ultrasound
SU1642260A1 (en) Device for measuring vibration parameters
SU1702288A1 (en) Method measuring acoustic media parameters