Датчик для акустических измерений

(56) АвторскМ 1089430,Патенткл.601 й 2 л. ЬЬ 21 ледовате ьский институтеевво СССР(54 РЕ ИК ЛЯ ИЧЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ . ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР) ДАТЧ Д АКУСТ СКИХ ИЗМЕНИЙ(57) Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, а именно к устройствам для преобразования звуковых колебаний в электрические. Цель - повышение чувствительности датчика для акустических измерений пространственного вектора интенсивности акустического поля. Цельдостигается тем, что датчик содержит чувствительный элемент 5, инерционный корпус 1, приемники 2 колебательной скорости 1820228 А инерционный корпус на равиях от центра сферы в трех гональных направлениях по на каждую ось. Чувствительустановлен отдельно на каже колебательной скорости и скольких жестко связанных равноудаленных друг от друпуклой формы, Ось связи секконцов посредством гибких в лении мембран закреплена ккорпусу. За счет того, что величивается площадь чувстемента (без заметного увелиитов и массы датчика) и ьно увеличивается сила воз- й овой волны на приемники;е выполнение датчика позвопаразитные(консольные) коствительного элемента и избирательную чувствитель- Я ным составляющим акустичел,встроенные в ных расстоян взаимно орто два приемника ный элемент 5 дом приемник состоит из не между собой и га секторов вы торов с обоих осевом направ инерционному значительно у вительности эл чения габар пропорционал действия звук конструктивно ляет подавлять лебания чув повышает его ность к вектор . ского поля. 2 иИзобретение относится к электромеханическим преобразователям, а именно к устройствам для преобразования звуковых колебаний в электрические.Целью изобретения является повыше ние чувствительности датчика для акустических измерений пространственного вектора интенсивности акустического поля,На фиг, 1 и 2 изображен предложенный датчик для акустических измерений. "0Датчик для акустических измерений со-. держит инерционный, например, сферический корпус 1, в котором. на равных расстояниях от центра сферы в трех взаимно ортогональных направлениях установле ны приемники 2 колебательной скорости по два на каждой оси на противоположных концах. Приемники колебательной скорости к корпусу крепятся с помощью гибкой подложки 3. К каждому приемнику 2 посредством оси 4 крепится чувствительный элемент ,5, который состоит из нескольких жестко связанных между собой и равноудаленных друг от друга секторов выпуклой формы. Оптимальное количество. секторов определя ется по конкретным условиям, исходя иэ поставленных задач, в зависимости от рабочей частоты и требуемой чувствительности.Чувствительный элемент 5 посредством осей 4, мембран 6 и жестких связей 7 меха- Э 0 нически соединен с инерционным корпусом 1. Внутри корпуса встроен приемник 8 давления, при этом акустический центр приемника давления и всего датчика акустических измерений должен совпадать с геометриче ским центром сферы и центром масс всей . конструкции.Датчик для акустических измерений работает следующим образом.Звуковая волна, падающая, к примеру, 40в направлении Б на датчик акустических измерений, перемещает в том же направлении чувствительный элемент 5 по сои а-а.Чувствительный элемент 5, имеющий волновое число, равное волновому числу окру жающей средыколеблется с той же скоростью, что и частицы среды, и передает энергию звуковой волны на приемник 2 колебательной скорости, который под действием оси 4 деформируется и дает 50 электрический сигнал.Консольному смещению другой группысекторов чувствительного элемента 5, расположенных перпендикулярно направле 55нию прихода звуковой волны, препятствуютмембраны 6, которые звукопрозрачны и имеют гибкость только в осевом направлении,Положительный эффект от испольэования изобретения заключается в повышении чувствительности и направленности датчика для акустических измерений при измерении просТранственного вектора интенсивности акустического поля и достигается за счет того, что значительно увели-. чивается площадь чувствительного элемента Зчэ и пропорционально увеличивается сила воздействия звуковой волны на приемники. Сила воздействия звуковой волны по второму закону Ньютонагде с - колебательное ускорение частицсреды;пь - соколеблющаяся масса среды.Так какпзз=я3,где в - удельная соколеблющаяся масса;3 - площадь колеблющейся поверхности,язв=И 3 с,Выполнение чувствительного элемента по типу слоистой звукопрозрачной структуры обеспечивает значительное увеличение площади чувствительного элемента без заметного увеличения габаритов и массы датчика. Общая площадь одного слоя чувствительного элемента приблизительно равна (дпя выпуклых секторов малой толщины) удвоенной площади шара (З 1 в - л Р ), умноженной на коэффициент заполнения сферической поверхности. Коэффициент определяется как отношение площади выпуклых сферических секторов одного слоя к площади описываемой сферы. В зависимости от размещения и геометрии выпуклых секторов К = 0,5-1,5 (К1 для случая, когда выпуклые сектора в одном слое смещены в радиальном направлении и частично перекрывают друг друга).З=К 2 ЛР.Для и-слойного чувствительного элемента с диаметром серединного слоя РсрЗчэ= К 2 Рср и.Механическое разделение чувствительного элемента на группы по ортогональным направлениям и установка мембран, обладающих гибкостью только в одном направлении, позволяют подавлять параэитные (консольные) колебания чувствительного элемента и повышают его избирательную чувствительность к векторным составляющим акустического поля, За счет этого улуч1820228 оставитель Н,Новиковахред М,Моргентал Корректор В.Петраш Редактор Заказ 2023 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород. ул.Гагарина шается отношение сигнал/помеха, определяющее пороговую чувствительность, и повышаются. помехоустойчивость и направленность акустического датчика.ф ор мул а изобретения Датчик для акустических измерений, содержащий инерционный корпус, чувствительный элемент, соединенный посредством упругой связи с инерционным корпусом, три пары приемников колебательной скорости, связанных с чувствительным элементом, распОложенным на трех взаимно перпендикулярных осях на равных расстояниях от центра инерционного корпуса, и приемник давления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности при измерении пространственного вектора интенсивности акустиче ского поля, упругая связь выполнена в видемембраны, гибкой в осевом направлении, чувствительный элемент выполнен многосекционным, каждая секция содержит установленные на оси оппозитно две группы 10 секторов, ось каждой группы секторов одним концом жестко связана с одним из приемников колебательной скорости, а другим - с центром мембраны, края которой жестко связаны с инерционным корпусом.15