Способ определения абсолютной амплитуды давления акустической волны

(51)5 ОМИТЕТОТКРЫТИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР Б ОПИСАНИЕ ИЗОк Авторскому свидетель 21) 4911231/28(71) Институт общей физики АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОЙ АМПЛИТУДЫ ДАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ(57) Изобретение относится к акустическимизмерениям и может быть использовано дляабсолютной калибровки акустических пре Предлагаемое изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для абсолютной калибровки акустических преобразователей,Известен способ определения абсолютного значения давления акустической волны, заключающийся в том. что измеряет давление излучения с помощью радиометра, представляющего собой легкое тело, например шарик, размеры которого много больше длины звуковой волны и по результатам измерений определяют амплитуду давления акустической волны,Недостаток способа состоит во влиянии на показания радиометра потоков жидкости, например конвективных потоков, акустических течений. Это снижает точность и ограничивает диапазон измеряемых амплитуд. образователей, Цель - повышение точности й расширение диапазона частот измерений. Цель достигается за счет того, что в качестве жидкой среды, в которой возбуждают колебания, используют жидкость, поглощение которой в диапазоне от 0,1 до 20 см умень.1 шается с повышением температуры, в качестве информативного параметра используют относительное изменение К во времени амплитуды давления в акустической волне на заданном расстоянииот источника возбуждения в направлении распространения, а абсолютную амплитуду Р давления акустической волны рассчитывают по формуле, 1 ил. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения абсолютного значения давления акустической волны, заключающийся в том, что акустический пучок частотыподают в жидкую среду, обеспечивающую нелинейное распространение звуковой волны, с помощью датчика, помещенного в среду, измеряют изменение параметра звукового пучка и по этому изменению определяют амплитуду давления в пучке. В качестве измеряемого параметра выбирают амплитудно-частотный спектр регистрируемого сигнала и по относительному изменению спектра сигнала с расстоянием определяют давление в звуковой волне.Недостатком способа является низкая точность, ограниченная точностью определения линейного параметра у, ответственного эа изменение спектра и диф 1772631ЗО ракционными явлениями, влияние которыхна результаты измерений зависит от расстояния, на котором измерения проводятся,Дифракционные явления не позволяют применять этот способ при частотах 1 меньше 5200 кГц,Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона частот измерений абсолютной амплитудыдавления акустической волны. Это позволит 10повысить достоверность акустических измерений и увеличить эффективность технологических применений звука.Указанная цель достигается тем, что согласно способу абсолютного определения 15амплитуды давления акустической волны,акустическую волну возбуждают в жидкойсреде, поглощение в которой в диапазоне от0,1 до 20 см уменьшается с повышениемтемпературы, в качестве информативного 20параметра используют относительное изменение К во времени амплитуды давления вакустической волне на заданном расстоянии от источника возбуждения в направлении распространения, а абсолютнуюамплитуду Р давления акустической волнырассчитывают по формуле Р= (1 й( р ср 2/б дlбТ Ь ( К ехр ( до 1 ) -- К )/( ехр (до 3.)-К)5, (1) где до - поглощение в среде в начальный момент времени;бд /бТ - производная поглощения по 35 температуре;р - плотность средыср - изобарическая теплоемкость;1 - время, за которое происходит увеличение сигнала в К раэ.Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".Диапазон значений поглощения в среде определяется тем, что при поглощении меньше 0,1 см " для реализации способа расстояние . должно превышать несколько десятков сантиметров, что вызывает значительное снижение точности вследствие дифракционных явлений, При поглощении в среде больше 20 см " для реализации способа требуется интенсивности звука более 510 Вт/см, при меньших интенсивностях велико влияние теплоотвода эа счет теплопроводности из области распространения волны, что искажает результаты измерений и снижает точность,На чертеже изображена схема устройства для реализации способа.Устройство содержит электроакустически последовательно соединенные генератор 1 гармонических колебаний (например, Г 4-117), источник 2 (например, пьезоизлучатель) и приемник 3 (например, пьезодатчик), помещенные в жидкую среду (например, триацетин), акустические параметры р, ср, д, бд/бТ которой известны, усилитель 5 и самописец 6.Сущность способа заключается в следующем.С помощью источника 2 в среде возбуждают акустическую волну, Далее осуществляют непрерывную регистрацию сигнала самописцем 6 и определяют промежуток времени 1, через который уровень возрастает в К раз относительно начального уровня. Абсолютная амплитуда Р акустической волны определяется из соотношения (1);Способ с помощью устройства осуществляют следующим образом.С помощью генератора 1 электрических сигналов и излучателя 2, например пьезоэлектрического, в среде 4 возбуждают акустическую волну. С помощью датчика 3, например, пьезодатчика, осуществляют. прием сигнала на расстоянииот излучения и с помощью усилителя 5 и самописца 6 определяют временную зависимость сигнала на расстоянии . от источника. По этой временной зависимости определяют время 1 после включения источника, за которое сигнал возрастает в К раз, и по формуле (1) рассчитывают абсолютное значение давления акустической волны.Параметры примеров конкретного осуществления способа сведены в таблицуСпособ практически не содержит ограничений на диапазон частот 1 ультразвуковой волны и иа диапазон измеряемых значений давлений Р, Точность способа не хуже 2 оУ Формула изобретения Способ определения абсолютной амплитуды давления акустической волны, заключающийся в том, чго в жидкой среде возбуждают акустическую волну, принимают прошедшую через среду волну, измеряют ее информативный параметр и по нему1772631 Р=(1/1 / ср 2/ б д/бТ ) )Х 1 пщемив в среде в начальныйни,роизводная" поглощения по сть среды;рическая теплоемкость среза ое происходит увеликотор К раэ Составитель А.ПроскуТехред ММоргентал ктор А.Мотыль о актор каэ 3838 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретеееиа и открытиям113035, Москва, Ж, Рвуаская на 64 Ю КНТ СССР изводственно-издательский комбинат "патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 вычисляют амплитуду давления возбуждаемой акустической волны, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона частот измерений, в качестве жидкой среды, используют жидкость, поглощение которой в диапазоне от 0,1 до 20 см уменьшается с повышением температуры, в качестве информативного параметра используют относительное изменение К во времени амплитуды давления в акустической волне на заданном расстоянии 1 от источника возбуждения в направлении распространения, а абсолютную амплитуду Р давления акустической волны рассчитывают по формуле где до - погло момент време бд /бТ - и 10 температуре; р. - плотно ср - иэоба ды; 1- время,чение сигнала.