Устройство для измерения акустического сопротивления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. С 01 й 29/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Изобретение относится к техникемощного ультразвука и может бытьиспользовано при измерениях полногоакустического сопротивления дляоценки свойств материалов и элементов конструкций в производстве строительных материалов, в машиностроении, приборостроении, химической,легкой и других отраслях промышленности.Известны устройства для измеренияакустического сопротивления по методу длинных линий. Эти устройствавключают в себя трубу, к одному торцу которой подсоединен источник звуковой энергии, подключенный к электронному генератору, к другому торцуприсоединяется испытуемый образец.Внутри трубы перемещается микрофон,соединенный с измерительной схемой.Измерения сводятся к определениюразности уровней звукового давления в узле и пучности стоячей волны, установившейся в трубе 1 .Недостатком известного устройства, работающего по методу длинчых линий,является ограниченность частотногодиапазона измерений, вследствиетого что присоадинительный диаметриспытуемых образцов материалов и элементов конструкций для верхнего эву кового и ультразвукового диапазона частот получается неприемлемо малым, так как он лимитируется верхним пре делом Гвчастотного диапазона измерений установки 0 (1,11 Е10 где с - скорость звука в воздухе;О - диаметр трубы, а следовательно, и испытуемого образца.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является 15 известное устройство для измеренияакустического сопротивления, содержащее измерительную камеру, с однойстороны которой присоединен источникзвука, а с противоположной - разме О щено приспособление для крепленияиспытуемых образцов, электронный генератор, подключенный к источникузвука, акустический зонд, установлен"ный внутри измерительной камеры, и 25 измерительную схему, подключенную квыходу акустического зонда 12 .Недостатком известного устройстваявляется ограниченность частотногодиапазона измерений, вызванная тем,что на высоких звуковых и ультразвуковых частотах размеры испытуемых образцов материалов и элементов конструкций становятся неприемлемо малыми, В известном устройстве верхняя граничная частота диапазона измерений акустического сопротивления ограничивает размер камеры, поскольку размеры полости камеры должны быть меньше, чем длина волны звука на частоте измерений. Так для диапазона частот 2000 - 5000 Гц объем камеры должен быть не более 7 см. Дальнейшее увеличение частоты измерений ведет к необходимости уменьшения габаритов камеры и на верхних звуковых и ультразвуковых частотах размеры камеры малого объема должны быть настолько малыми (например, для частоты 11 кГц объем камеры должен быть не более 1 см ), что использовать из:рестное устройство практически неЬозможно,Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерений устройства.Поставленная цель достигается за счет того, что в известном устройстве для измерения акустического сопротивления, содержащем измерительную камеру, с одной стороны которой присоединен источник звука, а с противоположной - размещено приспособление для крепления испытуемых образцов, электронный генератор, подключенный к источнику звука, акустический зонд, установленный внутри измерительной камеры, и измерительную схему, подключенную к выходу акустического зонда, измерительная камера выполнена в виде полого рупора, ко входу которого присоединен источник звука, при этом отношение площади устья рупора к площади его выхода соответствует величине, при которой критическая частота рупора или превышает верхнюю граничную частоту диапазона измерений, а акустический зонд установлен на расстоянии, превышающем половину длины рупора от его входа.На фиг. 1 приведенасхема предложенного устройства.Устройство содержит измерительную камеру в виде рупора 1, размещенное со стороны устья приспособление 2 для присоединения испытуемых образцов 3 материалов и элементов конструкций или эталонных акустических сопротивлений, Со стороны входа рупор 1 через кольцевую щель 4 и звуко- провод 5 соединен с излучателем б звука с дополнительным рупором 7.Щель 4 и звукопровод 5 заполнены отрезками стальной проволоки. Излучатель б звука подключен к электронному генератору 8. Акустический зонд 9, представляющий собой трубкуб соединяет полость измерительного рупора 1 с измерительным микрофоном 10, подключенным к усилителю 11 и электронному вольтметру 12. К выходу(2)где Г - верхняя граничная частотадиапазона измерений;с - скорость звука в воздухе. 5 При выполнении камеры в виде катеноидального рупора отношение площади 5 нормального сечения устьярупора к площади 5 нормального сечения его входа выбирается из соотно- ЗР сй ( Йр У )огде- длина рупора,2 Ус(4) с - скорость звука в воздухе;верхняя граничная частотавдиапазона измерений.На фиг. 2 а изображена эквивалент .ная схема рупора с акустическимсопротивлением 2 р, нагруженным состороны входа на источник звуковогодавления с внутренним сопротивлением, Е , Р - уровень звукового давления 4 внутри рупора. Со стороны устья (всхеме, изображенной на фиг.2 а) рупорнагружен на эталонное сопротивление,в качестве которого взята бесконечножесткая стенка с бесконечно большимсопротивлением, подключенным параллельно сопротивлению рупора 2 р.На фиг. 2 изображена эквивалентная схема рупора с акустическим соп. ротивлением Ер, нагруженным со стороны устья испытуемым образцом с искомым акустическим сопротивлением 2 в.Со стороны входа рупор нагружен наисточник звукового давления Р свнутренним сопротивлением Е . Руровень звукового давления в рупоре е 0 при нагрузке его на испытуемый образец.На фиг. 3 приведена зависимостьсопротивления экспоненциальногорупора от расстояния вдоль него от 65 входа к устью для четырех частот изусилителя 11 и входу вольтметра 12подключен электронный фазометр 13 ифазовращатель 14 для определения угла сдвига азы звукового давленияв измерительном рупоре. При этом рупор может быть выполнен экспоненциальным , катеноидальным и другихформ,При выполнении камеры предлагаемого устройства в виде экспоненциального рупора отношение площади 5 нор мального сечения устья рупора к площади 5 о нормального сечения его входавыбирается из соотношения:ая частота; а измерений 45в воздухе;ктериэуюопосто образую ае невып треннееопреде сть звука янная хар щей рупоролнения у сопротив ляется из щая формуВ слу Е,Ер,вн ника звук слов ий ение источравенства: кое сопгде Е, - изве ротивление.Из ьыражени больше значени кусти 5(6) 2 р,идно, чтоем большеения - Р змек личи отно емая Р вых фиг кое сопр с ним овидно иэ и формул ление ру Р шение в Рдаетс направлени ем ближе к мереий - 4;8;12;16 кГц. По оси ординат отложено безразмерное сопротивление рупора - отношение 1 р3с где 1 Р - сопротивление рупора,акустическое сопротивленис своздуха.По оси абсцисс отложено расстояние вдоль рупора от его входа,длина рупора. Для расчета взятй следующие параметры: ,8 = 3,88;0,6 см; Г,р21 кГц; диаметр входа - 0,8 см; устья - 7 см, где Гр- критическая частота, определяемая иэ Формулы: уя = - и (Б)с Устройство работает следующим образом.Устье рупора 1 с помощью приспособления 2 закрывают эталонным образцом 3, в качестве которого исноль-. зуют жесткую металлическую стенку достаточной толщины (например, толще 1 см),От излучателя б в измерительный рупор 1 подается звуковой сигнал заданной частоты Г. По вольтметру 12 определяют значение звукового давления Р в рупоре. Одновременно с помощью фазовращателя 14 стрелка фазометра 13 выводится в нулевое положеот входа к устью, т.е ние, это упрощает отсчет фазы, Затем эталонный образец заменяется испытуемым (режим генератора при этом не меняется) и измеряется с помощью вольтметра 12 звуковое давление Р, с помощью фазометра 13 измеряется изменение Фазы РЛ на величину И по отношению к Р, .Искомое акустическое сопротивлениеопределяют по формуле:О г = - и - (б)Рр где Е р - акустическое сопротивлениерупора, нагруженного со стороны устьяна бесконечную жесткую стенку, а состороны входа на источник звуковойэнергии с внутренним сопротивлениемрДля акустического сопротивлениясоответственно экспоненциального икатеноидального рупоров используютформулы: устью рупора установлен акустический зонд, тем выше чувствительность и точность предлагаемого устройства для измерения полного акустического сопротивления образцов материалов и элементов конструкций.Использование предложенного уст-ройства для измерения сопротивления по сравнению с известным позволяет получить следующие преимущества: расширение технологических воэможностей за счет увеличения номенклатуры испытуемых образцов материалов и элементов конструкций при измерениях в верхнем звуковом и ультразвуковом диапазоне частот; упрощение измерений в укаэанном выше диапазоне частот за счет увеличения объема камеры в сравнении с объемом полости трубки воздуха в трубке акустического зонда; повышение чувствительности и точности измерений за счет оптимального размещения трубки акустического зонда в рупоре.Формула изобретенияУстройство для измерения акусти. ческого сопротивления, содержащее измерительную камеру, с одной стороны которой присоединен источник звука, а с противоположной - размещено приспособление для крепления испытуемых образцов, электронный генератор, подключенный к источнику звука, акустический зонд, установленный внутри измерительной камеры, и измерительную схему, подключенную к выходу акустического зонда, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, измерительная камера выполнена в виде полого рупора, ко входу которого присоединен источник звука, при этом отношение площади устья рупора к площади его входа соответствует величине, при которой критическая частотарупора равна или превышает верхнююграничную частоту диапазона измерений,а акустический зонд установлен нарасстоянии, превышающем половину длины рупора от его входа,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Блинова Л.П. и др. Акустическиеизмерения. М., Изд-во стандартов, 1971,с. 108.2. Крупнин Б.Н. Измерение полныхакустических сопротивлений в камеремалого объема. Труды ВНИИФТРИ. М5 Изд-во стандартов,1966, вып. 83 (143)792128 Фцс. кГ кГц кГц 0,3 О бб ОЬРаесеоавис Мола рупорфа ио бкода, долифйс, 3 Составитель ЕТехред С.Миг итвиновова Корректор О. Б Редактор Т. Горяч Тираж 1019 НИИПИ Государственного по делам изобретений осква, З, Раушская н