Способ определения направления на источник акустических сигналов

(5)5 6 01 й 29/14 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(21) 4834843/28 разователей, При осуществлении способа (22) 05.06,90вокруг одного или обоих преобразователей . (46) 07.06,93. Бюл. Ь 21: располагают слой звукопоглощающего ма- (71) Государственный союзный сибирский териала, Для повышения достоверности за научно-исследовательский институт авиа-: счет исключения влияния акустической тени ции. им. С,А.Чаплыгина . при измерении в жидкой или газообразной (72). В.И.Харитоновсреде преобразователи со слоями эвукопог(Бб) Авторское свидетельство СССР: лощающего материала располагают на раз- М 879451, кл. 6 01 й 291.14, 1981:ных уровнях относительно плоскости (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЙАПРАВЛЕ-. определения направления на источник аку- НИЙ НА ИСТОЧНИК АКУСТИЧЕСКИХ СИГ- стических сигналов. Применение звукопог- ЙАДОВлощающего материала обеспечивает (57) Изобретениеотносится к области аку- необходимое затухание акустического сигстикии можетбытьиспользованодляиераз- .нала, а определенная. его форма позволяет .рушающего контроля тонкостенных . потарировочным зависимостям отношения материалов методом акустической эмиссии. амплитуд акустических сигналов однозначЦельюизобретенияявляетсяупрощениере- но.определить направление на источник, 1 ,ализации за счет уменьшения числа преоб- э.п.ф-лы, 3 ил. 1, 2 - акустические приемники; 3 - звукопоглощающий материал в раззе в плоскости определения направлени Изобретение относится к области аку-стики и может быть использовано йри не-.раэрушающем контроле тонкостенныхматериалов методом акустической эмиссии,а также для определения направления наакустический источник в газообразной и. жидкой среде.Цель изобретения - упрощение реализации способа за счет сокращения числапреобразователей и повышение достоверности эа счет исключения влияния акустиче. ской тени при измерении в жидкой илигазообразной средах.На фиг,1 приведен пример реализации.способа, где эвукопоглощающий материалразмещен только вокруг одного из приемников; на фиг.1 б - соответствующая тарировочная зависимость,На фиг.2 приведен пример реализацииспособа, где звукопоглощающий материал размещен вокруг каждого приемника, а разрез в плоскости определения направления представляет собой площади, контуры которых ойисываются спиралью Архимеда; на фиг.26 - соответствующая тарировочная зависимость.На,фиг.3 а приведен пример реализацииспособа, когда эвукопоглощающий материал расположен таким образом, что разрез в плоскости определения направления представляет собой площадь с контуром в виде эллипса; на фиг,Зб - соответствующая тарировочная зависимость.На фиг.1-3 введены следующие обозначения:АВ - путь распространения акустического импульса в толще звукопоглощающего материала к приемнику 1;СО - путь распространения акустического импульса в толще звукопоглощающего материала к приемнику 2.о . волновой вектор акустического импульса на фронте волны,р- направление на источник акустических сигналов;101 и -- логарифм отношения ампли 0102туд сигналов.Способ осуществляется следующим образом.Акустические приемники 1 и 2 (фиг.1-3)устанавливают в зоне приема в плоскостиопределения направления (совпадает с плоскостью чертежа), Помещают вокруг приемников 1 и 2 эвукопоглощающий материал 3 20определенной формы (разрез в плоскостиопределения направления заштрихован).В направлении приемников 1 и 2 от источника распространения акустический сигнал (плоская волна), характеризующийся (в 25плоскости определения направления) волновым вектором ц. Волновой вектор о определяет н.аправление (р на источникакустических сигналов.Достигнув боковой поверхности звукопоглощающего материала 3, акустическийсигнал проходит в его толщу, где по мерепродвижения более интенсивно . затухает.При этом амплитуда сигнала уменьшается взависимости от длины пути прохождения 35сигналом в толще материала 3. До приемника 1 акустический импульс пройдет путь АВ,а до приемника 2- путь СД. В зависимостиот направления у изменяется соотношениепутей АВ и СД, а следовательно, и соотношение амплитуд сигнала, измеряемых приемниками 1 и 2.До измерений для приемников 1, 2 извукопоглощающего материала 3 определяют тарировочную зависимость (фиг.1 б, 2 б, 45Зб) отношения амплитуд 01 и 02 акустического сигнала, измеренйых приемниками 1и 2 от направлейия р прихода сигнала,Получением тарировочной зависимости типа приведенных на фиг. 1 б, 2 б, Зб заканчи- бОвается подготовка к измерениям. Затем измеряют амплитуды 01 и 02 акустического сигнала источника, зарегистрированного приемником 1.и 2, определяют их 55 отношение 01/02, а затем, используя соот. ветствующую тарировочную зависимость ,1 б, 2 б. Зб, определяют направление р на источник акустических сигналов.С целью расширения области определения направления, получения тарировочной зависимости, а также обеспечения постоянства углов падения и преломления на боковой поверхности звукопоглощающего материала для всех направлений, располагают звукопоглощающий материал вокруг одного из приемников (фиг.1 а). При этом сечение звукопоглощающего материала представляет собой площадь, контур которой описывается спиралью Архимеда. Тарировочная зависимость приведена на фиг.1 б, эта зависимость достаточно точно описывается функциональным выражением где О - коэффициент затухания, К - коэффициент. Область определения в этом случае 0 (у 360.При. измерениях определяют отношение 01/02 или 1 и 01/02 и затем по тарировочной зависимости (фиг.1 б) или функциональной зависимости (1) определяют направление р на источник акустических сигналов.С целью повышения эффективности получения тарировочной зависимостй посредством упрощения процедуры настройки приемников на равную чувствительность, помещают эвукопоглощающий материал 3 (фйг,га) отдельно вокруг каждого приемника 1.и 2. Сечение звукопоглощающего материала представляет собой площади, контуры которых описываются спиралью Архимеда. Тарировочная зависимость приведена на фиг.2 б,. эта зависимость достаточно точно описывается выражениями; 01р 1 =90 (1+1 и )02 Р 2 =Р 1+180(г) Выражение (2) означает, что направления 91 и (Р 2 = ф 1+ 180 неразличимы, т.е, дают одно и то же отношение 01/02 . При измерениях определяют отношение 01 7 02 амплитуд сигнала источника01или 1 п - , затем по тарировочной зави 02симости (фиг,2 б) или функциональной зависимости (2) определяют направление р на источник акустических сигналов,Р -- -1 п, 0р360 О (1) 01С целью исключения влияния акустической тени на каждый иэ приемников от звуко- поглощающего материала, прилагающего к другому приемнику, располагают вокруг приемников 1, 2 (фиг,За) звукопоглощающий материал 3, разрез которого в плоскости . определения направления (совпадает с плоскостью чертежа) представляет собой площадь с контуром в виде эллипса и располагают этот материал 3 так, чтобы акустические приемники 1 и 2 находились бы в фокусах эллипса. Для приемников 1, 2 и звукопоглощающего материала 3 сечением в виде эллипса тарировочная зависимость приведена на фиг,Зб. Эта зависимость достаточно точно описывается выражениями: 10 где го - радиус приемников 1, 2; Зс - коэффициент; г 2 - определяется расстоянием СР. В данном конкретном примере г0,005 м, К "0 1. Звукопоглощающая накладка обесг 1 е- чиваЯ затухание акустических колебаний с 15коэффициентом затухания а = Ю - .мДо измерений для приемников 1, 2 извукопоглощающего материала 3 с помощью дополнительного датчика-излучате ля, последовательно устанавливаемого сразличных направлений по отношению к приемникам 1 и 2, определяли тарировочную зависимость (фиг 16) отношений амплитуд 01 и 02 сигналов датчика-излучателя, измеренных приемниками 1 и 2 от направления у на датчик-излучатель. Тарировочная зависимость (фиг.16) для данного примера может быть заменена функцио- ЗО нальной эависилгостью (1), где.нужно при- нять арф 1 = эгссовДд 10102 2) 10 К ( е р 2. (фиг.2 а), В данно от примера 1 эвукопогл смещалась также ввкр тур первой накладки о 1 ИЯМИ; римере щающая прием- сываети в отличие накладка и ника 1, кон0 ся выраже), 180р360 О где г 1 - определяетс 0,1; Тарировочная эав М темжеметодом,чтоире, приведена на фи заменена функциона (2) .П риме рЗ, Зву 55 риал 3 представляетцилиндр высотой 0,3 иэ множества слоев тем их склеивания. С цилиндра представля мерами а -0,08 м, снии эллиптического ц расстоянием АВ, К = исимость, полученная в предыдущем примег,26. Она может быть льной зависимостью копоглощающии мате- собой эллиптический м, который изготовлен каучуковой резины пуечение эллиптического ет собой эллипс с раэ,07 м. При иэготовлеилиндра в его толщину где е =-,Сас - фокусное расстояние;а - большая полуось эллипса;а -сгР -аПри измерениях определяют отношение 01/02 или 1 и 01/02, а затем по тарировочной зависимости (фиг.36) или функциональной зависимости (3) определяют направление иа источник акустических сигналов.При измерениях в жидкой и газообразной среде, с целью искл 1 очения влияния акустической тени и повышения, таким образом, достоверности, располагают акустические приемники 1 и 2 со своими частями звукопоглощающего материала 3. в зоне приема на разных уровнях ио отношению к плоскости определения направления, один под другим.,При измерениях определяют отношение 01/02 или 1 п 01/02, а затем по соответствующим тарировочным зависимостям фиг.1 б, 26 или функциональным зависимостям (1) и (2) определяют направление на источник акустических сигналов.П р и м е р 1, Акустические приемники 1 и 2 (см.фиг.1 а) из пьезокерамики ЦТСдиаметром 0,01 м устанавливали на поверхности тонкого дюралюминиевого листа толщиной 2 мм (совпадает с плоскостью чертежа и плоскостью определения направления) на расстоянии 0,32 мм друг от друга.Вокруг приемника 2 наклеивали звукопоглощающую накладку 3 из каучуковой резины толщиной 3 мм, контур которой 5 описывается спиралью Архимеда. г 2 = г о + - д), 0у)360 (4 )2 д 1о360были заделаны два акустических приемника 1 и 2, которые расположены в фокусах эллипса 3 среднего сечения цилиндра (совпадает с плоскостью чертежа и плоскостью определения направления). 5Измерения проводились в воде. Была определена тарировочная зависимость . (фиг.3 б). Эта зависимость может быть заме иена функциональным выражением(3), в котором следует положить . 10а = 10 - ,я =0,875,Р =0.01875 м.1Приведенные выше примеры 1 и 2 реализаций способа обладают существенным преимуществом по сравнению с примером 15 3, заключающемся в том, что угол падения акустического луча на боковую поверхность звукопоглощающего материала 3 в,плоскости определения направления всегда одинаковдля всех направлений прихода, что не 20 вносит дополнительных искажений в картину преломления акустического луча. Помимо этого, указанные примеры 1, 2 имеют линейные тарировочные зависимости (фиг,16 и 2 б), 25С другой стороны, примеры 1 и 2 по сравнейию с примером 3 имеют недостаток, заключающийся в возможности попадания приемника 1 в акустическую тень приемника 2 с его частью звукопоглощающего мате риала и наоборот. В примере 3 этот недостатокотсутствует.При работе в жидкой и газообразной сре. де, чтобы исключить влияние акустической .тени (примеры 1 и 2), необходимо приемники 35 1, 2 со своими частями звукопоглощающего материала поместить в зоне приема на разных уровнях по отношению к плоскости определения направления, например, один под другим. 40П р и м е р 4, Звукопоглощающий материал для приемника 2 представляет собой "цилиндр" высотой 0,2 м с сечением, контур которого описывается спиралью Архимеда, Такой цилиндр изготовлен из множества 45 слоев каучуковой резины путем,их склеивания; В толщу цилиндра в среднее сечение .(на высоте 0.1 м) был заделан приемник 2.Этот приемник 2 располагался в центре спирали Архимеда, Вокруг приемника 1 звуко поглощающий материал отсутствовал. Указанные приемник 1 и цилиндр 3 с приемником 2 располагали на штативе на одной оси, перпендикулярной плоскости определения направления, один под другим, на разных уровнях, Контур сечения цилиндра 3 описывается выражением (4), которое однозначно определяет ориентацию цилиндра в пространстве и, следовательно, задает начало отсчета угла р. Измерения проводились в воде.Тарировочная зависимость для этого примера приведена на фиг.1 б, или она может быть заменена выражением (1), где необходимо положить а = 10 - , 1 = 0,1.1Описанный способ определения направления на источник акустических сигналов позволяет не снижая точности измерений сократить число акустических приемников до двух.формула изобретения 1. Способ определения направления на источник акустических сигналов, заключающийся в том, что в нескольких точках в зоне. приема располагают преобразователи акустических сигналов, измеряют амплитуду акустических си налов, по которым определяют направление на источник, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью упрощенияреализации за счет уменьшения числа преобразователей, используют два преобразователя, располагают вокруг одного или обоих преобразователей слой эвукопоглощающего материала, выполненный по спирали Архимеда или эллипсу, а направление на источник акустических сигналов определяют по отношению измеренных амплитуд с учетом тарировочной зависимости. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности за счет исключения влияния акустической тени при измерении.в жидкой или газообразной средах, преобразователи со слоями эвукопоглощающего материала располагают в зоне приема на разных уровнях по отношению к плоскости определения направления на источник акустических сигналов, 1820322,Ко ор О.Кравц Реда кт но-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 оизводст Заказ 2028 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5