|
|
Измерительные излучатели и приемники в жидкостяхСтр 1 из 5Следующая ⇒ Измерительные излучатели и приемники в жидкостях В жидкостях в качестве измерительных излучателей и приемников используются преимущественно электроакустические преобразователи пьезоэлектрического типа — сферические, цилиндрические и дисковые. На низких частотах используются иногда электродинамические преобразователи, а в качестве источников шумов случайного характера — механические ударные устройства. Выбор тех или иных видов преобразователей осуществляется в зависимости от поставленной задачи частотного диапазона, необходимой мощности, к.п.д. преобразователя и т.п. Приведем основные характеристики некоторых типов электроакустических преобразователей.
Как видим, для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний в диапазоне частот свыше 105 Гц пригодны только пьезоэлектрические преобразователи, а ниже 100 Гц - электродинамические. Для получения максимальной удельной мощности целесообразно использовать магнитострикционные преобразователи. При определении физико-механических свойств твердых тел, например, стержня, методом свободных колебаний желательно применять бесконтактные (например, электростатические или оптические) методы возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний, поскольку в них контакт стержня с любым другим телом, например, преобразователями, приводит к дополнительным потерям, и следовательно, к искажению результатов измерений.
Рисунок 6.7 Частотная характеристика гидрофона D-315: / — по данным фирмы Dyna— Emotre; // — по данным, полученным в Геттинтеле На рис. 6.10 представлена зависимость чувствительности приемника от частоты, на рис.6.11 — характеристики направленности на частотах 200 и 1000 гц.
Рисунок 6.10 Зависимость чувствительности приемника колебательной скорости в воде от частоты. Чувствительность выражена в децибелах относительно 1 В • сек/см.
Рисунок 6.11 Характеристики направленности приемника колебательной скорости в воде на частотах 200 (а) и 1000 гц (б) Определение мощности и интенсивности звука на основе измерения звукового давления.
Основные данные лучших конструкций малогабаритных пьезоэлектрических виброприемников
39) Измерение вибрации и удара. Приемники колебательного смещения, скорости. Акселерометры. Конструкции вибродатчиков.
: Измерение вибрации и удара Приемники колебательного смещения, скорости, ускорения. При измерении вибрации твердых тел необходимо учитывать, что в последних распространяются не только продольные волны, но и поперечные волны и поверхностные (волны Релея) при ограниченных размерах твердых тел, изгибные и т.д. Помещать приемники внутрь твердого тела нереально, поэтому обычно измеряют колебания граничных поверхностей, называемые вибрацией. При акустических измерениях колебаний твердых тел используют приемники, реагирующие на вибрации — емкостные, индуктивные и пьезоэлектрические виброприемники. Различают приемники колебательного смещения, колебательной скорости (велосиметры) и колебательного ускорения (акселерометры). Приемники колебательной скорости Измерение колебательной скорости может производиться приемниками индуктивного типа, магнитная цепь которых жестко закреплена на колеблющейся поверхности. В обмотках возникает ЭДС, пропорциональная колебательной скорости. В настоящее время приемники скорости применяются редко в связи с довольно большой массой и ограниченным (в области высоких частот) рабочим диапазоном частот. Вибростенды. Ударные машины В качестве источников вибраций используются разнообразные вибростенды, главным образом стационарные. В последнее время все более широкое распространение получают малогабаритные переносные вибростенды позволяющие создать вибрацию как на одной (средней частоте диапазона), так и на нескольких рабочих частотах диапазона. Они предназначены для градуировки приемников вибраций и поверяются в метрологической службе. Некоторые стационарные источники вибрации снабжены необходимыми оптическими приборами для определения ее величины. Для испытаний междуэтажных перекрытий и сложных судовых конструкций применяются стандартные ударные машины, характеристики которых определяются ГОСТ 15116-79 и рекомендациями ИСО R 140. Их действие основано на свободном падении стальных молоточков известной массы (0,5 кг) с известной высоты (40 см).
Рисунок 7.6. Стандартная ударная машина.
Молоточки поднимаются кулачками с помощью электропривода и шестеренчатой передачи, обеспечивающей время между ударами 100 мс. На головки молоточков устанавливаются резиновые наконечники; в ряде случаев используются молоточки без наконечников. Стандартная ударная машина показана на рис. 7.6. Необходимо отметить, что шум, создаваемый молоточками, близок к гауссовому, т. е. имеет сплошной спектр. Однако более тонкий анализ показывает наличие дискретных составляющих из-за периодичности ударов, обусловленных применением электропривода.
41) Параметры вибрации. Амплитудное и среднеквадратичное значение. Связь между колебательной скоростью, ускорением и перемещением. Вибрация, как протекающий во времени процесс, описывается соответствующим законом колебаний и характеризуется определенными параметрами этого закона. Гармоническая вибрация описывается тремя независимыми параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Частота вибрации измеряется в Гц, а связанные с нею период колебаний и круговая частота измеряются в с и рад/с соответственно. Фаза измеряется в радианах или угловых градусах (1рад= 57,295°). Единицы измерений амплитуды вибрации зависят от измеряемой колебательной величины. Вибрационные смещения измеряются – в м, скорости – в м/с, ускорения – в м/с2. Широко распространена практическая система единиц: смещения измеряются в миллиметрах, скорости – в мм/с, ускорения – в единицах нормализованного ускорения силы тяжести ( Связь амплитуд ускорений в практической и международной системах выражается формулой:
Иногда употребляется безразмерный коэффициент
Этот параметр называют коэффициентом вибрационной перегрузки. Численно он совпадает со значением ускорения, выраженного в Пиковое значение вибрации определяется как наибольшее отклонение колебательной величины в ту или другую сторону от нулевого уровня:
Пиковое значение смещений Действующее, или эффективное значение вибрации
имеет определенный физический смысл в случаи виброскорости, так как энергия колебаний в общем случае пропорциональна квадрату скорости вибрации. Среднее значение вибрации определяется как среднее арифметическое мгновенных значений (без учета знака; среднее значение с учетом знака за полный период равно нулю):
Оно используется для оценки общей интенсивности вибрации. Отношение действующего значения к среднему называется коэффициентом формы:
а пикового к действующему – коэффициентом амплитуды или пик-фактором:
В случаи гармонической вибрации
Иногда употребляются относительные единицы измерения вибрации. Уровень интенсивности скорости вибрации в децибелах определяется как двадцатикратный десятичный логарифм отношения абсолютного значения виброскорости
За начальный уровень интенсивности вибрации принимается действующее значение виброскорости Измерительные трубы. В связи с небольшими габаритами, простотой конструкции и низкой стоимостью измерительные трубы находят широкое применение.
Рисунок 8.1. Конструкция измерительной трубы для измерения коэффициента отражения материалов в воздухе. 1 — образец, 2 — акустический зонд; 3 — излучатель; 4 — привод; 5 — микрофон, связанный с зондом.
Конструкции труб должны отвечать следующим условиям: — стенки труб следует выполнять акустически жесткими; это условие соблюдается, даже если трубы изготовлены из дерева; — внутренний диаметр труб должен отвечать неравенству d < λ/2 (физически это означает, что длина возбуждаемых волн внутри трубы λдолжна быть больше длины волны, при которой в трубе имеет место один диаметральный узел давления); — длина трубы должна содержать не менее 3—5 длин звуковых волн (в газе, заполняющем трубу); — внутренние поверхности трубы должны быть акустически гладкими, т. е. неровности на них должны быть значительно меньше длины волны звука в среде. Если эти условия выполняются, при любом виде источника в трубе распространяется плоская волна.
Для перекрытия звукового диапазона частот рекомендуют использовать комплект из трех-четырех труб различного диаметра и длины. Трубы могут быть и изогнутыми, если радиус закругления существенно больше длины волны. На рис. 8.1 приведена конструкция трубы, предназначенной для измерения коэффициента поглощения образцов, помещаемых на конце трубы. Разновидностью измерительных труб являются камеры малого объема, размеры которых существенно меньше длины волны, и звуковое поле внутри камеры распределено равномерно. В измерительных трубах производят градуировку электроакустических преобразователей, определение скорости и поглощения звука в жидких и газообразных средах, определение коэффициента отражения и поглощения образцов материалов.
46) Измерительные объемы в воздухе. Звукозаглушенные камеры. Реверберационные камеры. Методы оценки их характеристик.
Звукозаглушенные камеры. Звукозаглушенные или звукомерные (иногда называемые безэховыми) камеры представляют собой помещения, оборудованные средствами акустической защиты от внешних шумов, вибраций и средствами поглощения звуковых волн, попадающих на внутренние поверхности помещений от источников, расположенных внутри.
Рисунок 8.2.Конструкция типовой звукозаглушенной камеры. 1 — фундамент; 2 — амортизация; 3 — стены; 4 — звукопоглощающие клинья; 5 —звукопрозрачная сетка; 6 —дверь.
Обычно заглушенные камеры строят на отдельном фундаменте, не связанном с фундаментами других зданий. Корпус камеры виброизолируют от фундамента резиновыми, пружинными амортизаторами или пробковой крошкой — экспанзитом. Стены и перекрытия камеры выполняются массивными — кирпичными или бетонными. Иногда вокруг фундамента делается «акустический шов» — траншея более глубокая, чем фундамент, заполненная шлаком. Применяют для развязки стен и полов камер «плавающие» конструкции на упругих подвесках. Для установки аппаратуры в камерах примерно в средней части натягивают проволочную или капроновую звукопрозрачную сетку. Камеры снабжаются координатными поворотными устройствами для передвижения и установки излучателей, приемников и объектов измерения. Конструкция типовой камеры показана на рис. 8.2. Для поглощения звуковых волн внутренние поверхности камеры облицовываются звукопоглощающими конструкциями. С точки зрения акустических требований эти конструкции должны удовлетворять двум условиям — согласовывать удельные акустические сопротивления материала стен z1(около 5,0-106 Па-с/м) и воздушной среды z2 (около 4,1·102 Па·с/м камеры) и обладать заметным поглощением. Звуковая волна, падающая нормально на необлицованную стену, практически полностью отражается, так как коэффициент отражения βравен ~ 1. Для поглощения звуковых волн применяются клиновые конструкции из минеральной ваты (рис. 8.3). При достаточной длине клиньев (не менее 2—3 длин звуковых волн в воздухе) и постепенном переходе от острия к основанию отражение оказывается малым, а звук, прошедший через клин, хорошо поглощается.
Рис. 8.3. Поглощающая клиновая конструкция (а) и частотная характеристика ее коэффициента отражения (б). Клинья устанавливаются в шахматном порядке, чтобы избежать регулярности (при которой может образоваться звуковая «щель»), и с небольшим воздушным просветом позади основания, что обеспечивает на низких частотах дополнительное поглощение звука вследствие резонансов, обусловленных упругостью объема воздуха. Размеры типовых камер составляют около 10 x 5 x 5 м. Иногда пол камеры не облицовывают звукопоглотителем (приближая ее к производственным помещениям). Заглушенные камеры аттестуются по величинам собственных шумов в рабочем диапазоне частот и оценке звукопоглощающих свойств камеры. Требования к заглушенным камерам регламентируются ГОСТ 8.055—73 «Машины. Методика выполнения измерений для определения шумовых характеристик». Значения собственных шумов в камере измеряются в различное время суток, так как возможно влияние работы расположенных рядом промышленных предприятий и транспорта. Величина собственных шумов определяет минимальные допустимые уровни полезных сигналов, с которыми можно производить работу в камере, так как шумы представляют собой помеху измерениям. Звукопоглощающие свойства заглушенной камеры обычно оцениваются по характеру изменения звукового давления в камере при удалении от источника сферической волны.
Рисунок 8.4. Зависимость изменения звукового давления от расстояния между излучателем и приемником в логарифмическом (а) и линейном (б) масштабах. Линией показан закон 1/r.
Отклонение от закона изменения 1/r, т. е. от следования равенству р1r1 = р2r2, на величину не более 0,5дБ свидетельствует о высоком качестве звукопоглощения. Отклонения в пределах 1 - 2 дБ считаются допустимыми. По графикам зависимости давления от расстояния может быть выбран участок в центре камеры, где влияние отражений минимально (рис. 8.4). Другим методом оценки звукопоглощения в камере является определение акустического отношения Ra - отношения энергии отраженных волн, поступающих на приемник, к энергии прямого сигнала, непосредственно приходящего от источника к приемнику. В заглушенных камерах производят градуировку электроакустических преобразователей, измерение шумов, создаваемых механизмами, оценку акустических свойств конструкций, измерение акустической мощности механизмов, измерение направленности излучателей и приемников. Реверберационные камеры. Реверберационные (или гулкие) камеры предназначены для создания диффузного звукового поля. Это также помещения, оборудованные средствами акустической защиты от внешних шумов и вибраций, однако внутренние их поверхности делаются полностью отражающими падающие на них звуковые лучи. Диффузное звуковое поле характеризуется равной плотностью энергии в различных точках пространства, равновероятностью направления звуковых лучей (потоков звуковой энергии), попадающих в точку приема, и произвольным значением фаз этих лучей. Для решения этой задачи размеры камеры (длина, ширина, высота) не должны быть кратными между собой. Излучатели звука обычно располагают в углах помещений. Для улучшения диффузности применяются произвольно изогнутые рассеиватели, размещаемые хаотично по объему камеры. Объем камеры (согласно международным рекомендациям) должен быть не менее 200 м3. При объемах от 180 до 100 м3 измерения допустимы только для частот, удовлетворяющих неравенству
где V — объем камеры. Для удовлетворительной работы реверберационной камеры необходимо, чтобы время стандартной реверберации Т (т. е. время спадания интенсивности звука после выключения источника в 106 раз — на 60 дБ), характеризующее поглощение поверхностей, на различных частотах было не меньше следующих значений:
Реверберационные камеры также оборудуются координатными устройствами. Конструкция типового комплекса реверберационных камер показана на рис. 9.5.
Рис. 8.5. Конструкция типового комплекса реверберационных камер. 1 — реверберационная камера высокого уровня; 2 — камера низкого уровня для измерения звукоизоляции перегородок от воздушного шума; 3 — камера низкого уровня для измерения звукоизоляции перекрытий от ударного шума. Реверберационные камеры аттестуют по величине собственных шумов в рабочем диапазоне частот, частотным характеристикам времени стандартной реверберации и оценке степени диффузности звукового поля.
Сфера с хар-ками
Если векторы имеют равные значения, то это свидетельствует о диффузности поля. Количественных оценок Тиле не предлагал. В. В. Фурдуев, один из выдающихся советских акустиков, предложил сопоставлять характеристики направленности направленного микрофона в диффузном и свободном полях (рис. 8.6). Количественная оценка производится на основе параметра
где S0 — площадь круга единичного радиуса (масштаб характеристики направленности); SС - площадь характеристики направленности микрофона в свободном поле; SД -- площадь характеристики направленности микрофона в диффузном поле.
Рис. 8.6. Оценка диффузности звукового поля по методу В. В. Фурдуева.
В идеальном диффузном полей d = 1 (так как SД = S0), в поле бегущей волны d = 0, поскольку SД = SО . Недостатком этого метода является необходимость измерения характеристики направленности в диффузном поле, а это довольно кропотливая процедура, и определения площадей SС и SД, что требует определенных усилий и не очень точно.
47) Измерительные объемы в воздухе. Производственные помещения. Особенности измерений на открытом пространстве.
Производственные помещения. В обычных помещениях в ряде случаев также можно производить надежные измерения шумов, создаваемых определенными источниками. Для этого необходимо прежде всего убедиться, что измеряемый шум существенно выше собственных шумов помещения, т. е. измерить собственные шумы в отсутствие шума источника. В помещениях с малым поглощением звука поверхностями в каждой точке суммируются волны, непосредственно поступающие от источника, и волны, одно- и многократно отраженные от поверхностей помещения. Отношение энергий этих волн определяет акустическое отношение Rа, о котором говорилось ранее. Так как энергия прямого сигнала изменяется с удалением от источника, то можно найти такое расстояние r между источником и приемником звука, на котором в данном помещении акустическое отношение Ra будет равно выбранному значению:
где S — площадь поверхностей помещения; α — средний коэффициент поглощения поверхностей помещения (около 0,1 для производственных помещений). Очевидно, что чем ближе к источнику помещается приемник, тем меньше значение Ra, т. е. выше качество измерения прямого сигнала. Однако значение r должно оставаться больше величины 2D2/λ, где D — наибольший габаритный размер излучателя или приемника звука. При выполнении этого условия измерения будут производиться в зоне сформировавшегося поля излучателя (или характеристики направленности приемника).
Измерительные излучатели и приемники в жидкостях В жидкостях в качестве измерительных излучателей и приемников используются преимущественно электроакустические преобразователи пьезоэлектрического типа — сферические, цилиндрические и дисковые. На низких частотах используются иногда электродинамические преобразователи, а в качестве источников шумов случайного характера — механические ударные устройства. Выбор тех или иных видов преобразователей осуществляется в зависимости от поставленной задачи частотного диапазона, необходимой мощности, к.п.д. преобразователя и т.п. Приведем основные характеристики некоторых типов электроакустических преобразователей.
Как видим, для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний в диапазоне частот свыше 105 Гц пригодны только пьезоэлектрические преобразователи, а ниже 100 Гц - электродинамические. Для получения максимальной удельной мощности целесообразно использовать магнитострикционные преобразователи. При определении физико-механических свойств твердых тел, например, стержня, методом свободных колебаний желательно применять бесконтактные (например, электростатические или оптические) методы возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний, поскольку в них контакт стержня с любым другим телом, например, преобразователями, приводит к дополнительным потерям, и следовательно, к искажению результатов измерений.
Рисунок 6.7 Частотная характеристика гидрофона D-315: / — по данным фирмы Dyna— Emotre; // — по данным, полученным в Геттинтеле На рис. 6.10 представлена зависимость чувствительности приемника от частоты, на рис.6.11 — характеристики направленности на частотах 200 и 1000 гц.
Рисунок 6.10 Зависимость чувствительности приемника колебательной скорости в воде от частоты. Чувствительность выражена в децибелах относительно 1 В • сек/см.
Рисунок 6.11 Характеристики направленности приемника колебательной скорости в воде на частотах 200 (а) и 1000 гц (б)   Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
м/с2).
. (2)
, равный отношению вибрационного ускорения к ускорению земного притяжения:
. (3)
.
. (4)
характеризует максимальное отклонение колеблющегося тела, что важно, например, при выборе величин зазоров между колеблющимися телами. Пиковое значение ускорений 
используется для оценки наибольших инерционных сил.
(5)
. (6)
, (7)
. (8)
(9)
к некоторому начальному уровню 
:
. (10)
. Измеряемый параметр шума – звуковое давление 
.
,
Методы оценки диффузности звукового поля. Метод, предложенный немецким ученым Р. Тиле, заключается в измерении пространственной характеристики направленности остронаправленным микрофоном в диффузном поле и построении квадрата измеренного давления в виде векторов на сфере (в соответствии с углом положения микрофона). Образуется характеристика в виде «ежа».
,
,