Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах

Предложен метод измерения коэффициента отражения звукопоглощающих акустических материалов на низких частотах в заполненных водой волноводах. Он предполагает использование одного измерительного гидрофона - приемника колебательной скорости. Возбудитель акустических колебаний в волноводе выполнен в вид...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Коржик, А.В., Коржик, В.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут гідромеханіки НАН України 2008
Schriftenreihe:	Акустичний вісник
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79754
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах / А.В. Коржик, В.Е. Коржик // Акустичний вісник — 2008. —Т. 11, № 1. — С. 28-31. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-79754
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-797542015-04-05T03:02:12Z Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах Коржик, А.В. Коржик, В.Е. Предложен метод измерения коэффициента отражения звукопоглощающих акустических материалов на низких частотах в заполненных водой волноводах. Он предполагает использование одного измерительного гидрофона - приемника колебательной скорости. Возбудитель акустических колебаний в волноводе выполнен в виде электроакустического шестиполюсника. В измерительных установках, на основе предлагаемого метода, наличие приемника колебательной скорости позволяет снивелировать влияние колебаний стенок волновода. Как результат возрастают точность измерения расстояния между испытуемым объектом и гидрофоном, а также общая эксплуатационная надежность при работе в условиях высоких гидростатических давлений. Запропоновано метод вимірювання низькочастотного коефіцієнта відбиття звукопоглинаючих акустичних матеріалів на низьких частотах у заповнених водою хвилеводах. Він передбачає використання одного вимірювального гідрофона - приймача коливальної швидкості. Збудник акустичних коливань у хвилеводі має вигляд електроакустичного шестиполюсника. В установках, побудованих на основі запропонованого методу, наявність приймача коливальної швидкості дозволяє знівелювати вплив коливань стінок хвилеводу. Як наслідок збільшуються точність вимірювання відстані між обстежуваним об'єктом і гідрофоном, а також загальна експлуатаційна надійність при роботі в умовах високих гідростатичних тисків. The paper deals with proposing the technique for measuring of the low-frequency reflection coefficient of sound-absorbing acoustic materials in water-filled waveguides. It implies use of a single hydrophone - vibration velocity sensor. The source of acoustic vibration in the waveguide has the form of an electroacoustic six-pole. Presence of the vibration velocity sensor in the devices developed on the basis of the proposed technique allows the compensation of waveguide's wall vibration. As a result, the accuracy of measurement of the distance between the tested object and the hydrophone increases, as well as total reliability when operating at high hydrostatic pressures. 2008 Article Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах / А.В. Коржик, В.Е. Коржик // Акустичний вісник — 2008. —Т. 11, № 1. — С. 28-31. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1028-7507 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79754 533.6.013.42 ru Акустичний вісник Інститут гідромеханіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Предложен метод измерения коэффициента отражения звукопоглощающих акустических материалов на низких частотах в заполненных водой волноводах. Он предполагает использование одного измерительного гидрофона - приемника колебательной скорости. Возбудитель акустических колебаний в волноводе выполнен в виде электроакустического шестиполюсника. В измерительных установках, на основе предлагаемого метода, наличие приемника колебательной скорости позволяет снивелировать влияние колебаний стенок волновода. Как результат возрастают точность измерения расстояния между испытуемым объектом и гидрофоном, а также общая эксплуатационная надежность при работе в условиях высоких гидростатических давлений.
format	Article
author	Коржик, А.В. Коржик, В.Е.
spellingShingle	Коржик, А.В. Коржик, В.Е. Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах Акустичний вісник
author_facet	Коржик, А.В. Коржик, В.Е.
author_sort	Коржик, А.В.
title	Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах
title_short	Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах
title_full	Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах
title_fullStr	Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах
title_full_unstemmed	Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах
title_sort	одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
publishDate	2008
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79754
citation_txt	Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах / А.В. Коржик, В.Е. Коржик // Акустичний вісник — 2008. —Т. 11, № 1. — С. 28-31. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Акустичний вісник
work_keys_str_mv	AT koržikav odnotočečnyjmetodopredeleniâharakteristikakustičeskihmaterialovvvolnovodah AT koržikve odnotočečnyjmetodopredeleniâharakteristikakustičeskihmaterialovvvolnovodah
first_indexed	2025-07-06T03:44:50Z
last_indexed	2025-07-06T03:44:50Z
_version_	1836867640303288320
fulltext	ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 1. С. 28 – 31 УДК 533.6.013.42 ОДНОТОЧЕЧНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АКУСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ВОЛНОВОДАХ А. В. К О РЖ И К, В. Е. К О РЖ И К Национальный технический университет Украины “КПИ”, Киев Получено 27.06.2007 Предложен метод измерения коэффициента отражения звукопоглощающих акустических материалов на низких частотах в заполненных водой волноводах. Он предполагает использование одного измерительного гидрофона – приемника колебательной скорости. Возбудитель акустических колебаний в волноводе выполнен в виде электро- акустического шестиполюсника. В измерительных установках, на основе предлагаемого метода, наличие приемника колебательной скорости позволяет снивелировать влияние колебаний стенок волновода. Как результат возраста- ют точность измерения расстояния между испытуемым объектом и гидрофоном, а также общая эксплуатационная надежность при работе в условиях высоких гидростатических давлений. Запропоновано метод вимiрювання низькочастотного коефiцiєнта вiдбиття звукопоглинаючих акустичних матерi- алiв на низьких частотах у заповнених водою хвилеводах. Вiн передбачає використання одного вимiрювального гiдрофона – приймача коливальної швидкостi. Збудник акустичних коливань у хвилеводi має вигляд електроаку- стичного шестиполюсника. В установках, побудованих на основi запропонованого методу, наявнiсть приймача ко- ливальної швидкостi дозволяє знiвелювати вплив коливань стiнок хвилеводу. Як наслiдок збiльшуються точнiсть вимiрювання вiдстанi мiж обстежуваним об’єктом i гiдрофоном, а також загальна експлуатацiйна надiйнiсть при роботi в умовах високих гiдростатичних тискiв. The paper deals with proposing the technique for measuring of the low-frequency reflection coefficient of sound-absorbing acoustic materials in water-filled waveguides. It implies use of a single hydrophone – vibration velocity sensor. The source of acoustic vibration in the waveguide has the form of an electroacoustic six-pole. Presence of the vibration velocity sensor in the devices developed on the basis of the proposed technique allows the compensation of waveguide’s wall vibration. As a result, the accuracy of measurement of the distance between the tested object and the hydrophone increases, as well as total reliability when operating at high hydrostatic pressures. ВВЕДЕНИЕ Метод отыскания коэффициента отражения, при котором звуковое давление измеряется пе- ремещающимся вдоль оси волновода приемником давления [1], разработан еще в 1913 г. Он прост и может использоваться как в воздушной, так и в водной среде. С точки зрения минимизации по- грешности на низких частотах этот метод – наилу- чший. Однако трудности практической реализа- ции измерительных установок, возникающие при работе с высокими гидростатическими давления- ми, и связанные с необходимостью перемещения гидрофона, вынудили искать другие подходы. В последнее годы распространение получил так на- зываемый двухточечный метод измерения коэф- фициента отражения (или поглощения) акустиче- ских материалов в волноводе, заполненном водой. При этом на концах волновода располагаются во- збудитель и испытуемый объект [2, 3]. Указанный метод предполагает измерение аку- стического давления в двух точках на оси жес- ткого волновода на некоторых расстояниях от испытуемого (отражающего) объекта, замыкаю- щего волновод [4]. Анализ звукового поля в такой системе позволяет сформулировать два уравнения с двумя неизвестными – производительностью во- збудителя акустических колебаний на одном конце волновода и коэффициентом отражения испыту- емого объекта – на противоположном. Решение этих уравнений относительно коэффициента отра- жения составляет основу алгоритма определения искомой характеристики материала. В ходе испытаний звуковое давление на оси вол- новода измеряется в двух точках неподвижными гидрофонами. Наличие сальниковых вводов кабе- лей измерительных гидрофонов вносит при высо- ких гидростатических давлениях существенный элемент ненадежности. В упомянутых установках в качестве измерительных датчиков использую- тся приемники давления. Кроме того, в волноводе при работе возбудителя в воде, кроме аксиальных, неизбежно возникают радиальные колебания, об- условленные вибрацией стенок волновода, кото- рый нельзя считать абсолютно жестким. Колеба- ния стенок неизбежно возникают и из-за механи- ческой связи с возбудителем. В работе [5] рассмотрены способы снижения погрешности измерений, обусловленные радиаль- ными колебаниями волновода. Показано также, 28 c© А. В. Коржик, В. Е. Коржик, 2008 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 1. С. 28 – 31 Рис. 1. Общая схема измерительной установки для определения коэффициента отражения акустических материалов одноточечным методом: 1 – волновод, 2 – испытуемый объект, 3 – измерительный гидрофон (приемник колебательной скорости), 4 – вольтметр, 5 – генератор, 6 – первый преобразователь (возбудитель), 7 – второй преобразователь, 8 – мембрана что на отдельных частотах, соответствующих сов- падению узлов давления стоячей волны в волново- де с местами расположения гидрофонов, опреде- ление коэффициента отражения может оказаться практически невозможным. Кроме того, вблизи этих критических частот погрешность измерений настолько велика, что результаты измерений сле- дует считать недостоверными. Предлагается метод измерения коэффициента отражения, в котором используется только один гидрофон и возбудитель колебаний в волноводе – электроакустический шестиполюсник [6]. Измери- тельный гидрофон выполнен в виде приемника ко- лебательной скорости (приемник градиента давле- ния) – ПКС. Использование только одного гидрофона дает возможность увеличить надежность конструкции измерительной установки при работе с высокими гидростатическими давлениями. Измерительный гидрофон в виде приемника колебательной скоро- сти позволяет избавиться от помех, обусловленных вибрацией стенок волновода, так как его чувстви- тельность в радиальном направлении практичес- ки равна нулю. Кроме того, ПКС, как правило, более надежен при работе при больших гидроста- тических давлениях, поскольку конструктивно его можно выполнить без воздушных полостей. Применение приемника указанного типа по- зволяет более точно определять расстояние от испытуемого объекта до гидрофона ПКС, так как воспринимающий элемент последнего обычно выполняется в виде тонкой пьезокерамической пластины, а абсолютная погрешность его установ- ки не превышает половины толщины пластины. В приемниках же давления (со сферическим или цилиндрическим чувствительным элементом) аку- стический центр, как правило, не совпадает с гео- метрическим. 1. ОПИСАНИЕ МЕТОДА Устройство, возбуждающее акустические коле- бания в волноводе (рис. 1), представляет собой преобразователь-шестиполюсник, имеющий два электрических ввода/вывода и один акустический. Один электрический ввод используется для пода- чи тока возбуждения. При работе преобразовате- ля на волновод на втором электрическом выводе появляется сигнал Ū2, пропорциональный объем- ной Vоб (и линейной v) колебательной скорости его излучающей поверхности S [6]: Ū2 = M2Vоб = M2Sv. Здесь M2 – электроакустический коэффициент преобразования (постоянная величина). Констру- ктивно такой преобразователь можно выполнить составным из двух преобразователей ПР1 и ПР2 А. В. Коржик, В. Е. Коржик 29 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 1. С. 28 – 31 (например, из двух электродинамических вибро- стендов или электродинамического вибростенда и/или вибродатчика, жестко связанного с мембра- ной, излучающей в полость волновода). Следует отметить, что в данном случае для во- збудителя шестиполюсника необходимым услови- ем является отсутствие “электро-электрической” связи между электрическими вводами [6]. Это зна- чит, что при заторможенной колебательной систе- ме шестиполюсника и подаче на один из входов на- пряжения на другом выходе напряжение должно отсутствовать. Для низких частот это условие лег- ко выполнимо. Как и в двухточечном методе, измерения про- водятся в два этапа – с испытуемым образцом в волноводе и без него, когда на месте образца на- ходится граница раздела воздух – вода. Потенциал скоростей в волноводе примем в виде Φ = Ae−jkx + Bejkx = A(e−jkx + Rejkx). (1) Здесь A – комплексный коэффициент, характе- ризующий прямую волну в волноводе, пропорци- ональный излучающей способности возбудителя колебаний; B – комплексный коэффициент, ха- рактеризующий волну, отраженную от границы раздела вода – испытуемый образец; k – волновое число; R – коэффициент отражения. На первом этапе измерений определяются коле- бательные скорости на оси волновода при x=x1 и x=x2: v1 = − ∂Φ ∂x (x=x1) = jkA1(e −jkx1 − Rejkx1), (2) v2 = − ∂Φ ∂x (x=x2) = jkA1(e −jkx2 − Rejkx2), (3) где R = B1 A1 . (4) Отношение скоростей составляет v1 v2 = e−jkx1 − Rejkx1 e−jkx2 − Rejkx2 . (5) Электрические напряжения Ū1 и Ū2 на выходе измерительного ПКС (он же ПР1) и преобразова- теля ПР2 (см. рис. 1) связаны с их чувствитель- ностями γПКС, γПР2 и скоростями v1, v2 соотноше- ниями γПКС = Ū1 v1 , γПР2 = Ū2 v2 . (6) Из уравнений (2) – (6) получим выражение для ко- эффициента отражения испытуемого объекта: R = Ge−jkx2 − e−jkx1 Gejkx2 − ejkx1 . (7) Здесь G = Ū1 Ū2 γПР2 γПКС . (8) Как правило, в выражении (8) отношение чув- ствительностей преобразователя ПР2 γПР2 и при- емника колебательной скорости γПКС неизвестно и определяется экспериментально на втором эта- пе измерений. Часто это делается на измеритель- ной установке при известной акустической нагруз- ке. При нагрузке в виде границы раздела вода – воздух [2, 3] коэффициент отражения с высокой точностью можно считать равным минус единице. На втором этапе измеряют напряжения Ū ′ 1 и Ū ′ 2, связанные со скоростями v′1 и v′2 при x1 и x2: γПКС = Ū ′ 1 v′1 , γПР2 = Ū ′ 2 v′2 . (9) При R=−1 из соотношения (5) следует v′1 v′2 = e−jkx1 + ejkx1 e−jkx2 + ejkx2 = cos(kx1) cos(kx2) . (10) Окончательно с учетом выражений (8) – (10) полу- чаем G = Ū1Ū ′ 2 Ū2Ū ′ 1 cos(kx1) cos(kx2) . (11) 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ На рис. 2 схематически изображена возможная реализация измерительной установки для одното- чечного измерения коэффициента отражения аку- стических материалов. В качестве ПР1 можно использовать малогабаритный вобростенд, а в ка- честве ПР2 – вибродатчик. Конструктивно возмо- жны и другие схемы построения установки. Перед проведением измерений определяют глу- бину погружения гидрофона-ПКС в волноводе x1 и расстояние от испытуемого объекта до излучаю- щей мембраны x2. На первом этапе с помощью вольтметра и фа- зометра измеряются напряжения U1, U2 и их фа- зовые сдвиги ϕ1, ϕ2 относительно опорного напря- жения (в данном случае, напряжения генератора). На втором этапе (при отсутствии испытуемо- го объекта в волноводе) измеряются напряжения U ′ 1, U ′ 2 и фазовые сдвиги ϕ′ 1, ϕ′ 2 соответствен- но. В выражении (11) Ū1 =U1e jϕ1 , Ū2 =U2e jϕ2 , Ū ′ 1 =U ′ 1e jϕ′ 1 , Ū ′ 2 =U ′ 2e jϕ′ 2 – напряжения и сдвиги фаз, измеряемые вольтметром и фазометром. Коэффициент отражения подсчитывается по формуле (7), где числовой параметр определен как G = U1U ′ 2 U2U ′ 1 cos(kx1) cos(kx2) ej(ϕ1−ϕ2+ϕ′ 1 −ϕ′ 2 ) . 30 А. В. Коржик, В. Е. Коржик ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2008. Том 11, N 1. С. 28 – 31 Рис. 2. Один из возможных вариантов реализации измерительной установки: 1 – крышка волновода, 2 – волновод, 3 – испытуемый объект, 4 – измерительный гидрофон (приемник колебательной скорости), 5 – вольтметр, 6 – фазометр, 7 – генератор, 8 – возбудитель, 9 – вибродатчик Измерения на первом и втором этапах проводя- тся при одинаковых гидростатических давлениях. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предлагаемый метод, реализованный в измери- тельных установках для определения коэффици- ента отражения, позволяет: • сделать установки более надежными при ра- боте с большими гидростатическими давлени- ями, так как имеют только один измеритель- ный гидрофон в виде приемника градиента давления; • устранить погрешность измерений, обуслов- ленную радиальными колебаниями стенки волновода; • более точно определять расстояние от испыту- емого объекта до гидрофона; • уменьшить длину волновода (по сравнению с установками с двумя гидрофонами) на отре- зок, равный расстоянию между вторым ги- дрофоном и мембраной возбудителя колеба- ний. 1. Дрейзен И. Г. Курс электроакустики.– М.: Свя- зьрадиоиздат, 1938.– 230 с. 2. Климов С. П., Тютекин В. В., Вовк А. Е. Авто- матизированный акустический интерферометр // Измер. техн.– 1989.– N 12.– С. 41–43. 3. Тютекин В. В. О точности измерений характери- стик материалов в акустической низкочастотной трубе // Акуст. ж.– 2002.– 47, N 6.– С. 843–852. 4. Русаков И. Г. Расчеты конструкции трубы для зву- ковых измерений в воде // Акустические и ги- дроакустические измерения.– М.: Стандарт ГИЗ, 1960.– С. 51–62. 5. Басовский В. Г., Вовк И. В., Лейко А. Г. О не- которых специфических погрешностях, возникаю- щих при оценке коэффициента отражения звука методом двух гидрофонов в акустической трубе // Акуст. вiсн.– 2005.– 8, N 1-2.– С. 1–15. 6. Коржик А. В., Коржик В. Е. Метод определения акустических характеристик материалов по реа- кции на возбудитель в волноводах, заполненных водой // Акуст. вiсн.– 2007.– 10, N 4.– С. 52–58. А. В. Коржик, В. Е. Коржик 31

Одноточечный метод определения характеристик акустических материалов в волноводах

Institution

Ähnliche Einträge