SU1453624A1 - Способ определени спектра акустического давлени резонансного пьезоэлектрического излучател в дальнем поле излучател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустическим измерени м и может быть ис«: пользовано дл  определени  спектра акустического давлени , создаваемого, нелинейным резонансным пьезоэлектрическим излучателем при сложном виде йо«|- буждающего излучатель электрического сигнала. Целью изобретени   вл етс  увеличение точности определени  спектра. Пьезоэлектрический излучатель возбуждают на двух близких .частотах и измер ют амплитуду акустического давлени , соответствующую разностной частоте. Причем частоты возбуждени  мен ют в пределах полосы пропускани  резонансного пьезоэлектрического излучател , сохран   посто нной разность между ними, вычисл ют по расчетной формуле спектр акустического давлени , приведенного к единичному рассто нию от центра излучател . 1 ил. (Л с

Description

4ib СП

О9 О

ю

4

14536242

Изобретение относитс  к акугтичес- v( f

КИМ измерени м и может быть использо- Н, - к) - .импульсна  переход вано дл  определени  спектра акусти-

ческого давлени , создаваемого не- пор дка,

линейным резонансным пьезоэлектоичес- тт

КИМ излучателем, при сложном виде несущественной нелинейности

возбуждающего электрического сигнала Достаточной степенью

Цель изобретени  - увеличение аппроксимировать сум- ности определени  спектра за счет ,п ° «°«« «° « ™сла членов р да. Ееучета нелинейных искажений ограничитьс  одним членом р да, то

В некоторых случа х пьезоэлектри-« линейные искажени  описать не удаческие преобразователи нельз  считать /Г/ « Т представ- линейными приборами и требуетс  учи-обычный интеграл свертки,

тывать создаваемые ими нелинейные |5 Р расчете линейных

искажени , хот  зти искажени -поЦепей, а kU )  вл етс  импульсной хауровню невелики. При этом пьезоэлек-Рактеристикой цепи (выходной сигнал

трический преобразователь можно опи- С воздействии на вход цепи

сать, как и электрическую цепь с0-ФУНКции). Обычно при описании иепомощью аппарата р дов Вольтерпа- Устройств ограничиваютс 

«, льтерра. 20двум  членами р да (I). При этом

() ZI (( k(C; ,t-2,... cJK удаетс  описать простейшие, но наи- -со более важные виды нелинейных жений.

хПи(г - &i),/ л I

(±.«.«, -.« (1) можно эапи u(t): :z™fc r LI ::г - ° (t) vy K(.,ei.cO. (,о,.: JO,,..

u(Ja,)u(Jo),)e e aM,., (2)

оо

KuSl l C b «Таким Образом, .вьпсодной сигнал -

в-сЬо поп пк « ° 5  вл етс  суммой двух преобразований вй о пор дка, обычна  час- Фурье. Первое (одномерное) соответК (1со f« эффектам, второе MJW,, (двумерное) - нелинейньм.

UI ) , dtj - ,40 -г выходного сигнала имеет «« -«  дро второго пор дка. следующий вид:

00

(j«) K(jw)u(jQ) lit ). J(f-ьа)Г)/ (f .C.J (f ;«jjda,,..

- После вьтислени   дра второго пор дка K(jWo ) выходной сигнал SO w(jCO) k(j(o).u (jo)), имеет вид:о

™u.() u(j.).|p(.j,,jj,«,b

-(.)(f.C.(|.«,J,fj,0,,

и

обеспечить выполни

7:

МсоП-)|.

г„((о + 5,)

UWт

к г,

f/-,

(j - I

На практике и со выбираетс  в пределах 0,1-0,2.СЭ|, СОо частота резонанса пьезоэлектрического излучател ,

На чертеже представлена функциональна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство состоит из генераторов 1 и 2 гармонических колебаний, выход генератора 2 гармонических колебаний «соединен с последовательно включенными сумматором 3, управл емьм переключателем 4 , усилителем 5 мощности и исследуемым резонансным пьезоэлектрическим излучателем 6, последова-

лителю 5 мощности, а приемник 7 акустического давлени  через управл емый переключатель 9 подключаетс  к вольтметру 10 и фазометру 11. Измен   с помо щью управл ющей ЭВМ 12 частоту генератора 1 гармонических колебаний, измер ют с помощью вольтметра 10 и фазометра II соответственно амплитуду и фазу электрического сигнала на выходе приемника 7 акустического давлени , результаты измерений записываютс  в пам ть управл ющей ЭВМ 12.-Затем возбуждают пьезоэлектрический излучатель 6 на двух близких частотах и измер ют амплитуду акустического давлени , соответствующую разностной частоте, причем частоты возбуждени  мен ют в пределах полосы пропускани  пьезоэлектрического излучател  6. Дл  этого управл емые переключатели 4 и 9 перевод т в другое положение, т.е. генератор I гармонических колебаний отключают

л емого переключател  9,

30

тельно соединенных приемника 7 акустического давлени , фильтра 8, управ- 25 от усилител  5 мощности и к последнему подключают выход сумматора 3, а приемник 7 акустического давлени  подключают к вольтметру 10 через фильтр 8, настроенный на разностную частоту.

Таким образом, дпухчастотный сигнал с выхода сумматора 3 поступает на вход усилител .5 мощности и после усилени  - на вход пьезоэлектрического излучател  6, выходной сигнал приемника 7 акустического давлени  фильтруетс  на разностной частоте фильтром 8 и амплитуда отфильтрованного сигнала измер етс  вольт- лп метром 10 и затем записываетс  в пам ть управл ющей ЭВМ 12. Частоты

выход последнего соединен с входами вольтметра 10 и фазометра 11, а выходы вольтметра 10 и фазометра 11 подключены соответственно к первому и второму входам управл ющей ЭВМ 12, первый выход которой св зан с входом устройства 13 вывода на печать. Выход генератора 1 гармонических колебаний подключен к второму входу сумматора 3, второму входу управл емого переключател  4 и второму входу фазометра 11, выход приемника 7 акустического давлени  соединен с вторым входом управл емого переключател  9, второй и третий выходы управл ющей ЭВМ 12 подключены соответственно к входам генераторов 1 и 2 гармонических колебаний, четвертый выход управл ющей ЭВМ 12 соединен с третьими входами управл емых переключате- лей 4 и 9.

Устройство работает следующим образом .

В дальней зоне пьезоэлектрического излучател  6 располагают приемник 7 акустического давлени , с помощью которого измер ют частотную зависимость комплексной амплитуды акустического давлени  при возбуждении излучател  6 одночастотным сигналом . Дл  этого генератор 1 гармонических колебаний через управл емый переключатель 4 подключаетс  к уси35

:45

50

55

возбуждени  генераторов 1 и 2 гармонических колебаний мен ютс  под управлением управл ющей ЭВМ 12 так, чтобы разность между частотами оставалась неизменной. После измерений вычисл етс  спектр акустического давлени . Вычислени  провод тс  управл ющей ЭВМ 12, а их результаты отображаютс  на устройстве 13 вьшо- да на печать..

Claims (2)

1. Вычисление функции kQ(jo3). Учитыва , что kjjco) PjjCo)/A, где Ад - комплексна  амплитуда электрического напр жени , подводимого к излучателю при измерении комплексной амлитуды P(jco), и использу  выражение (5), имеем:

СО ,

ko(j(o) (RpP(jco)e

i-R °)/А„.

2. Вычисление функции г(Q) . Вычисление провод т по формуле (8) на

1А5362А

R

- рассто ние между центрами излучател  и приемника акустического давлени ;

с - скорость звука. Функци  P(jco) хорошо аппроксимируетс  следующим выражением:

10

PftCjw) (j0),

(6)

где kp - вещественна  величина, завис ща  от вида пьезоэлектрического излучател . Обознача  г (оэ) r(«)bk, , получим

PO(JW) K,(JW)-U,(JM), (7)

основании измерений функции Р. (и). СО,.

3, Вычисление спектра Р. (jeo) по формуле (7).

35 Величина R, с одной стороны, должна выбиратьс  такой, чтобы обеспечить проведение измерений в дальнем поле излучател , т.е. где D - наибольршй размер излучаю- 0 щей системы; - длина волны, соответствующа  наименьшей частоте полосы пропускани  пьезоэлектрического излучател , т.е.сз„. С другой стороны , величина R должна выбиратьс  5 как можно меньше, чтобы не про вл лись эффекты, вызванные нелинейностью среды/Они, как правило, про вл ютс  при R , поэтому измерени  по предлагаемому способу рекомен- 0 дуетс  проводить, размеща  приемник акустического давлени  ближе к границе области дальнего пол .

Выбор UCO должен быть таким, чтобы 5 обеспечить фильтрацию сигнала с частотой лона фоне сршьного сигнала

UCO АСО С частотами со ч- --, . « печить надежный уровень сигнала с раздальнюю зону пьезоэлектрического излучател , измерени  с его помооц частотной зависимости комплексной аьтлнтуды акустического давлени  при возбуждении пьезозлектрического излучател  одночастотньи сигналом с известной комплексной амплитудой электрического напр жени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности определени  спектра за счет-учета нелинейных искажений , дополнительно возПущдают пьезоэлектрический излучатель на

00

10

двух близких частотах и измер амплитуду акустического давле соответствующую разностной ча причем частоты возбуждени  ме в пределах полосы пропускани  нансного пьезозлектр ческого тел , сохран   посто нной раз между ними, спектр акустическ давлени , приведенного к един рассто нию от центра излучате числ ют по следующей формуле:

PO(.JCO) KjjU3)Uo(jO),

Of -T где U,(JO) u{j(l))4|r.(f -Ц,)Ко J(f -W. )J

-,(f

0,) О) (f -Wo) (f ),;

где

К((0„), 0 ) R(w), 0ц.)йс0в R(WB)

),.coco

- тк;ш7|-jlSfS T

:O.

JJQ) R P(j6a),

/A,

- Q)

U(JW) - спектр напр жени  электрического сигнала на входе пьезоэлектрического излучател , соответствующий подлежащему определению спектру PJJ(JQ) акустического давлени , приведенному к единичному рассто нию от центра излучател ; P(JQ) - измеренна  частотна 

зависимость комплексной амплитуды акустического давлени  при возбужде

двух близких частотах и измер ют амплитуду акустического давлени , соответствующую разностной частоте, причем частоты возбуждени  мен ют в пределах полосы пропускани  резонансного пьезозлектр ческого излучател , сохран   посто нной разность между ними, спектр акустического давлени , приведенного к единичному рассто нию от центра излучател , вычисл ют по следующей формуле:

PO(.JCO) KjjU3)Uo(jO),

,)Ко J(f -W. )J

20

5

0

5

0

5

НИИ пьезозлектрического излучател  сигналом с комплексной амплитудой электрического напр жени ;

(W) - измеренна  зависимость от со амплитуды акустического давлени  на частоте До при возбуждении пьезоэлектрического излучател  на двух близких частотах с посто нной разностью между ни- ми, равной Лб), с полусуммой , равной СО , и с амплитудами электрических напр жений А, и АЗ ;

WH , со,- - соответственно нижн   и верхн   частота полосы пропускани  пьезоэлектрического излучател ;

RO - рассто ние между центром пьезоэлектрического излучател  и приемником акустического давлени ; с - скорость звука в среде.

OU

iO

vo

ем

Ю