Способ определения акустического сопротивления переходного слоя

Авторы патента:

G01H15 - Измерение механического или акустического сопротивления

Изобретение относится к акустике и может быть использовано в измерительных акустических приборах. Цель изобретения - повышение точности при определении акустического сопротивления переходного слоя. В процессе измерений регистрируют время задержки прямоугольного импульса в переходном слое, временной интервал между моментом приема первого отраженного прямоугольного импульса и моментом приема максимума амплитуды отраженного колоколообразного импульса. Полученные величину наряду с известными акустическими сопротивлениями среды прохождения и отражающей среды используют для определения акустического сопротивления переходного слоя. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 Н 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (I OCllATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,00

1к)

Io ! с )

1(f(t) = Аоехр(-(Q, t) ) (21) 4931976/28 (22) 24.04.91 (46) 07.06.93. Бюл. N 21 (71) Институт прикладной физики АН БССР (72) Г.Н.Быль и В,И.Крылович (56) Авторское свидетельство СССР

N1458714,,кл. G 01 Н 15/00, 1989..

Авторское свидетельство СССР

N. 1460623, кл. G 01 Н 15/00, 1989; (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОДНОГО

СЛОЯ (57) Изобретение относится к акустике и может быть использовано в измерительных

Изобретение относится к акустике, в частности к методам определения акустических сопротивлений с помощью зондирующих акустических импульсов, и может быть использовано в приборостроении.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет регистрации временных параметров отраженных сигналов и измерения бесконтактным методом. Под переходным слоем на поверхности объекта мы понимаем переходной слой за счет неровностей (шероховатостей) поверхности, различные покрытия на поверхности, контактный слой между двумя поверхностями или средами (например, слой или на .грунте в водоемах) и т.д.

На фиг. 1 представлена схема отражения импульсов от поверхности с переходным слоем; на фиг. 2 вЂ” картина отраженных импульсов: на фиг. 3 вЂ” блок-схема устройства для осуществления способа.

„,>50 „„1820233 А1 акустических приборах. Цель изобретениявЂ” повышение точности при определении акустического сопротивления переходного слоя. В процессе измерений регистрируют время задержки прямоугольного импульса в переходном слое, временной интервал между моментом приема первого отраженного прямоугольного импульса и моментом приема максимума амплитуды отраженного колоколообразного импульса. Полученные величины наряду с известными акустическими сопротивлениями среды прохождения и отражающей среды используют для определения акустического сопротивления переходного слоя. 3 ил.

Устройство содержит генератор 1 частоты Q; формирователь 2 колоколообразного импульса, генератор 3 прямоугольного импульса, излучатель 4, отражающую поверхность 5, приемник 6, измеритель 7 времени задержки прямоугольного импульса в переходном слое, измеритель 8 временного интервала между моментом приема первого отраженного прямоугольного импульса и моментом приема максимума амплитуды отраженного колоколообразного импульса, блок 9 обработки.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Колоколообразный импульс имеет вид где Q> вЂ” частота модуляции кало оп:1. пря. моугольный импульс подается в мо : -..;т времени t = О, отмечая тем самым центр колоколообразного импульса.

1820233

Отражающая поверхность в общем случае представляет собой тонкий плоский слой толщины d, лежащий на отражающей среде, т.к. граница раздела содержит неко-..торый переходной слой. Пусть 21 = р1 Vi..1-1, 2. 3 вЂ” акустические сопротивления трех сред;p вЂ” их плотность, Vi вЂ” скорость звука в них.

С помощью высокочастотного импульса определяем время задержки в тонком слое 10

2 r3 =-, измеряемое между двумя npu2d

V2 ходами отраженного высокочастотного импульса, отразившегося от передней и задней стенки переходного слоя. При этом длительность ro высокочастотного импульса выбиРаетсЯ такой, что rp «r3. ТогДа спектральный состав колоколообразного сигнала

Со = RoAo (7) С1 = вЂ” Й1хз R1Aо (9) 30

Co+ Co+8CÃ 1 Со

4С1 Q 2С1 (10) Отсюда следует, что Itz Щ =, » 1 и, Со

2 С1

40 следовательно, этот максимум исчезает с

° учетом последующих членов разложения (3) коэффициента отражения. Максимум же

81 при t1 = -хз сохраняется и при учете

45 последующих приближений в (3), так как

It> Щ «1. Таким образом получают, что центральный максимум отраженного колоколообразного сигнала сдвигается при отражении от значения t = О к значению

50 R1

t1 = вЂ” хз .. Когда значения коэффициенRo тов R1, R, совладают по знаку (см.фиг,2), получаем t1 < О, когда они различны по знаку, получают t1 > О, Таким образом, что мак55 симум амплитуды отраженного сигнала сдвигается по времени в ту или другую стор4ну в зависимости от соотношения величин акустических сопротивлений Z1, Zg и 2з, В связи с тем, что временной сдвиг максимума амплитуды отраженного колоколодает концентрацию частот в малом интервале ширины порядка Я относительно нулевой частоты и коэффициент отражения от слоя может быть взят в виде разложения около точки в = 0;

R(а) =R(ø)/â=0 +

+ rd /ц) = 0 + 0 (QP ) д со.

Здесь О (цР) вЂ” величина порядка аР и отбрасываемая в дальнейшем, как дающая незначительный вклад порядка (Q r3) в интересующем нас случае. После использования общего выражения для R(N) получают приближенную формулу:

R(e) Rp+ INõç ЗВ1, (4) где

Ro, R1

Z1 вЂ” 2з . 22з Zf -2) ,. (5)

Z1 + Z3 2 (21 + Z g

После отражения колоколообразного импульса с коэффициентом отражения, взятом в виде (4), получают импульс вида

11(т) = (Со + 2С1 Q t )exp f-(Q t ) ) (6) 2 d1 где t - t -, d1 вЂ” расстояние от излучаЧ1 теля-приемника до отражающей поверхно2 d1 сти. Таким образом, вЂ” вЂ” время. задержки

V1 импульса при распространении его в первой среде до отражающей поверхности и

ОбратНО, КОЭффИцИЕНтЫ Со, С1 В ВЫражЕНИИ для 11(1) выражаются через Ао в следующем виде:

Такая связь вытекает из спектрального разложения сигналов f(t) и 11(т) и использования разложения (4) коэффициента отражения

В(в) для преобразования коэффициентов спектрального разложения.

Исследуя на экстремум амплитуду отраженного колоколообразного сигнала f1(t), получают два значения максимума этой функции

1 вЂ” Со о 11 Со 1+ 8 С1 (8)

Q) 4 С1

ТаК КаК Qr3 «1, тО С1/Со «1 И МОЖНО записать

1 вЂ” Сь + Co + 8 С

Q1 4 С1

Для второго экстремума получают:

1820233

С другой стороны, из (5) получаем для данного отношения следующее выражение

Ri 22зЯ -zi

Ег (Zf вЂ” Z)) Приравнивая оба значения для отноше- 25

R1 ния (11) и (12), получаем в результате о

2 2р ф вЂ” 73 )

Ег (Zf вЂ” Zg ) (13) 30

Относительно Ег вЂ” неизвестного акустического сопротивления переходного слоявЂ” имеется здесь квадратное уравнение с ко- 35 эффициентами, выражающимися через Zi °

Zg вЂ” акустические сопротивления сред 1 и 3, которые предполагаются известными.

В случае. когда Zi «Ез, Zi «Z2 без решения квадратного уравнения прибли- 40 женно;

Ъ Ri з

Ег =

2 Ro 2 тз

В качестве примера реализации предложенного способа рассмотрим измерение акустического сопротивления в переходном слое ила, расположенном на скальном грунте на дне водоема. Акустическое сопгоотив- 50 ление воды Zi = 1,485 10 кг/м . с, акустическое сопротивление скальной породы из гранита Z3 = 1.106 10 кг/M с.

Сначала определялось время задержки в переходном слое, оно оказалось рав- 55 ным 2,5 10 с, при этом длительность прямоугольного импульса составляет

TQ = 1 10 с. Длительность его выбира-5, ! лась постепенным уменьшением от t

= 1 10 с до той величины. to = 1 10 с, -г (14) образного сигнала 11 сравним с временем задержки 2 тз прямоугольного сигнала в переходном слое, необходимо отличать прямоугольные импульсы, отраженные от передней и задней поверхности переходно- 5

ro слоя. При этом считаем, что время сдвига максимума колоколообразного сигнала берется относительно прямоугольного импульса, отразившегося от передней границы переходного слоя, т.е. относитель- 10 но первого пришедшего прямоугольного импульса (см.фиг,2).

Итак, мы имеем ti = - ta откуда

R1 11 15 получают вЂ” = вЂ”вЂ” (11)

Ro з пока не были различимы четко два отражения импульса, соответственно от нижней и верхней границ переходного слоя. Далее была выбрана частота Q = 1. 10 Гц, тзк что г выполнялось условия Q) 73 «1. После прихода отраженного от дна сигнала по засечке ." времени прихода прямоугольного импульса и по максимуму амплитуды колоколообразного сигнала измеряется временной сдвиг максимума амплитуды колоколообразной кривой, который составляет ti = 1,0 10 с.

Отсюда, пользуясь формулой (13), известными величинами Q, тэ, Zi, Ег и решая квадратное относительно величины 2р уравнение, получаем Zi < Лг < Q, Ег = 3 10 кг/м с.

Таким образом, акустическое сопротивление слоя ила на дне водоема составляет

3 10б кг/мг с.

Устройство работает следующим образом, Первоначально формируется формирователем 2 колоколообразный импульс, для чего используется сигнал частоты h4 от генератора 1. Далее колоколообразный сигнал комбинируется с прямоугольным импульсом от генератора 3 таким образом, чтобы он совпал с максимумом колоколообразного импульса, После этого полученные импульсы излучаются излучателем 4 в направлении отражающей поверхности 5, отраженные звуковые импульсы попадают в приемник 6. Полученные импульсы далее следуют в измеритель времени задержки поступления максимума амплитуды в отраженном колоколообразном импульсе 8, Измеренные величины используются для определения акустического сопротивления переходного слоя, результат получается в блоке 9 обработки.

Описанный способ измерения акустического сопротивления по сравнению с прототипом не предполагает измерения амплитуд отраженных сигналов, а также определения коэффициентов отражения ультразвука от границы контакта, в нем нет необходимости изменять акустическое сопротивление эталонного материала, Способ требует измерения только времени задержки импульсов в отражающем переходном слое, что повышает точность при оп ределении искомого параметра.

Формула изобретения

Способ определения акустического сопротивления переходного слоя, заключающийся в том, что на отражающую поверхность с переходным слоем излучают акустический сигнал., принимают отраженные сигналы, по которым судя-: о контролируемом параметре, о "- л и ч а ю шийся тем, 1820233

Составитель Г.Быль

Техред М.Моргентал

Редактор С.Кулакова

Корректор С.Пекарь

Заказ 2023 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 что, с целью повышения точности, излучение осуществляют двумя импульсами вЂ” колоколообразным и узким прямоугольным, который излучают в момент времени, соответствующий максимальному значению амплитуды колоколообразного импульса, измеряют время задержки прямоугольного импульса в переходном слое и время между первым отраженным прямоугольным импульсом и максимумом отраженного колоколообразного импульса, по соотношению которых с учетом акустических сопротивле5 ний отражающей поверхности и среды прохождения акустических импульсов до переходного слоя определяют искомый параметр.

Способ определения акустического сопротивления переходного слоя

Изобретение относится к управлению и регулированию двигателей внутреннего сгорания, испытывающих значительные колебания нагрузки, и позволяет повысить производительность машинно-тракторного агрегата за счет получения плавной без изломов и большей площадью под кривой эффективной мощности скоростной характеристики дизеля, а также повышения точности регулирования параметров дизеля в диапазоне частот вращения вала от максимального холостого хода до максимального крутящего момента, включая номинальный

Стенд для определения механических сопротивлений амортизаторов // 1627857

Способ измерения характеристик звукопоглощающих конструкций // 1613874

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при определении характеристик звукопоглощающих конструкций в акустической интерферометре по измеряемым уровням звукового давления

Устройство для оценки загрязненности центробежного маслоочистителя двигателя внутреннего сгорания // 1613175

Способ определения коэффициента механических потерь объекта, преимущественно виброизолятора // 1555623

Изобретение относится к исследованию динамических свойств колебательных систем

Способ определения акустического импеданса электроакустического преобразователя // 1534332

Изобретение относится к измерительной технике

Способ определения механического импеданса // 1467403

Изобретение относится к виброметрии и предназлачено для определения механического импеданса выходного звена вибродвигателя о Цель изоб ретения - уменьшение трудоемкости и повышение точности определения механического импеданса выходного звена вибродвигателя

Способ определения акустического сопротивления материалов с неровной поверхностью // 1460623

Изобретение относится к акустическим методам неразруиающих испыта- .ний и может быть использовано для исследований материалов с неровной поверхностью

Способ определения импеданса изделий с помощью измерительной камеры // 1434273

Изобретение относится к акустике и позволяет проводить измерения акустических характеристик, в частности , импеданса резонансных звукопоглотителей

Устройство для определения коэффициента поглощения энергии в объекте при колебаниях // 1404836

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров рассеяния энергии в материалах при колебаниях механических объектов

Способ измерения входного комплексного акустического импеданса // 2282160

Изобретение относится к машиностроительной акустике и может быть использовано при определении акустических характеристик, в частности импеданса различных гидравлических устройств, например насосов и трубопроводных систем

Способ измерения акустического сопротивления однородных сред и устройство для его осуществления // 2362128

Изобретение относится к области ультразвуковой измерительной техники и может быть использовано при акустических исследованиях биологических или технических сред, которые с течением времени заметно меняют свои физико-химические характеристики, влияющие, в свою очередь, на акустические характеристики подобных материалов

Акустический интерферометр // 2054714

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при оценке акустических свойств материалов

Способ измерения звукоизоляции герметичных радиоэлектронных блоков // 2001379

Способ аэроакустической диагностики проточной части авиационного газотурбинного двигателя // 2028581

Изобретение относится к измерительной технике, к способам диагностирования двигателей по изменению аэроакустических характеристик потока, протекающего через проточную часть авиационных газотурбинных двигателей

Устройство для измерения акустического сопротивления твердых материалов // 2489687

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано при ультразвуковом исследовании и идентификации твердых материалов, например, в криминалистике

Способ измерения акустических характеристик газовых струй на срезе выходных устройств гтд и устройство для его осуществления // 2531057

Группа изобретений относится к области измерительной техники, в частности к способу и устройству диагностирования газотурбинных двигателей по изменению аэроакустических характеристик потока. Способ измерения акустических характеристик газовых струй на срезе выходных устройств газотурбинных двигателей включает замер акустических характеристик аэродинамического шума по плоскости струи, оценку изменений выходных акустических параметров во всем диапазоне частот от эталонных, по которым в свою очередь определяют наличие характерных дефектов. При этом замеры акустических параметров проводят одновременно по всей плоскости среза сопла посредством аэроакустической антенны, представляющей собой дифракционную решетку, состоящую из волоконно-оптических датчиков. Решетку датчиков устанавливают неподвижно в плоскости, перпендикулярной газовой струе, и соосно с ней, при этом увеличивают частоту замера по периферии за счет уменьшения шага решетки к её периферии. Устройство диагностики ГТД представляет собой систему замера уровней звукового давления, выполненную в виде аэроакустической антенны. Антенна реализована в виде дифракционной решетки, состоящей из волоконно-оптических датчиков, и установлена неподвижно в плоскости среза сопла, при этом шаг решетки уменьшается к её периферии. Технический результат - повышение точности и достоверности диагностирования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для измерения акустического сопротивления однородных сред // 2564045

Использование: для измерения акустического сопротивления однородных сред. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления однородных сред содержит первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемой и контрольной средами соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, суммирующий каскад, входы которого подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, связанный с выходом делителя, при этом в состав устройства введены дифференциальный усилитель и блок возведения в степень, причем первый вход дифференциального усилителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а второй вход этого усилителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, первый вход делителя подключен к выходу дифференциального усилителя, а второй его вход подключен к выходу суммирующего каскада, выход делителя подключен к входу блока возведения в степень, а выход последнего подключен к входу блока функционального преобразования, причем блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость. Технический результат: повышение чувствительности к акустическому сопротивлению исследуемой среды. 1 ил.

Устройство для измерения акустического сопротивления материалов // 2564046

Использование: для измерения акустического сопротивления материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления твердых материалов, содержащее первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемым материалом и контрольной средой соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, при этом второй вход делителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а выход делителя связан с блоком функционального преобразования, при этом первый вход делителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, между выходом делителя и входом блока функционального преобразования введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины и экспоненциального преобразования, а блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость или в устройство введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины, аналогового инвертирования и экспоненциального преобразования, причем блок функционального преобразования в этом случае реализует другую заданную функциональную зависимость. Технический результат: повышение чувствительности к акустическому сопротивлению исследуемого материала. 2 ил.