RU2814647C1 - Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса - Google Patents
Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814647C1 RU2814647C1 RU2023126826A RU2023126826A RU2814647C1 RU 2814647 C1 RU2814647 C1 RU 2814647C1 RU 2023126826 A RU2023126826 A RU 2023126826A RU 2023126826 A RU2023126826 A RU 2023126826A RU 2814647 C1 RU2814647 C1 RU 2814647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- small
- volume chamber
- hydroacoustic
- adc
- volume
- Prior art date
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 2
- 238000011000 absolute method Methods 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к установкам измерения чувствительности электромеханических преобразователей в камере малого объема на базе параметрического резонанса стоячих волн. Установка для градуировки гидроакустических приёмников в камере малого объёма с применением параметрического резонанса содержит камеру малого объёма вертикального типа, выполненную с возможностью размещения в ней градуируемого гидроакустического приёмника и закрепления его на координатном устройстве, сигнал с которого через усилитель и фильтр нижних частот поступает на вольтметр и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), подключённый к ПЭВМ. При этом к нижнему торцу камеры малого объема дополнительно прикреплен акселерометр, подключенный к АЦП, который обеспечивает измерение частоты колебаний в камере малого объема. Технический результат изобретения заключается в увеличении объема рабочего пространства, уменьшении неравномерности гидроакустического поля и повышении точности формирования колебаний в камере малого объема. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к установкам измерения чувствительности электромеханических преобразователей в камере малого объема на базе параметрического резонанса стоячих волн.
Известна установка не стандартизованная установка УВГ-1 (Гордиенко В.А. Векторно-фазовые методы в акустике. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 480 с. - ISBN 978-5-9221-0864-5), взятая за прототип, предназначенная для градуировки векторных приемников и приемников звукового давления (гидрофонов) абсолютным методом в вертикально колеблющемся столбе жидкости. Установка включает в себя рабочую камеру в виде отрезка вертикальной трубы с установленным в ней гидрофоном обратной связи, усилители, узкополосные фильтры, фазометр, вольтметр, регулятор цепи обратной связи, генератор, цифровой программный блок, усилитель мощности, вибровозбудитель и ПЭВМ с платой аналогово-цифрового преобразователя (АЦП).
Основанием камеры служит жесткий поршень, возбуждение которого осуществляется с помощью электродинамического вибровозбудителя.
Для закрепления градуируемого векторного приемника или приемника звукового давления и перемещения его в вертикальном и горизонтальном направлениях служит координатное устройство.
Основными недостатками установки являются: ограничение рабочего пространства и неравномерность гидроакустического поля камеры малого объема за счет наличия в ней гидрофона обратной связи, и наличие нелинейных элементов в цепи генератора для формирования колебаний вибровозбудителя.
На устранение указанных недостатков направлено новое техническое решение Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса, технической задачей которой является увеличение рабочего пространства камеры малого объема, уменьшение неравномерности гидроакустического поля камеры малого объема и повышение точности формируемых колебаний в камере малого объема.
В качестве устройства измерения частоты колебаний вибровозбудителя возможно использовать акселерометр. Акселерометр является преобразователем механических колебаний в электрический сигнал пропорциональный виброускорению. Внутри акселерометра находится масса, прикрепленная к пружине или другому эластичному элементу. При изменении колебании объекта масса смещается, вызывая изменение некоторого физического параметра (например, сопротивление, емкости, индуктивности или оптического сигнала), который затем преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный ускорению. По полученному сигналу измеряются частота и другие частотные характеристики. Частотный диапазон от 0 до 1/3 резонансной частоты акселерометра (обычно 30 кГц). они имеют линейную амплитудную чувствительность в рабочем диапазоне и стабильно работают длительное время.
Существует 2 способа внешнего воздействия на колебательную систему: силовое и параметрическое.
Классическим примером силового воздействия на LC-контур является включенный в цепь контура генератор. Он задает колебания на некоторой частоте р с возникновением вынужденных колебаний в LC-контуре.
Параметрическое воздействие характеризуется периодическим изменением какого-либо параметра системы, вследствие чего возникает реактивная энергия.
Для возбуждения резонансных колебаний в системе используется параметрический генератор. Это позволяет изолировать контур возбуждения излучателя от различных частотных составляющих, вызванных наличием нелинейных элементов в системе и повысить точность формируемых сигналов.
Принцип работы параметрического генератора заключается в том, что к основному колебательному контуру с помощью тиристоров подключается дополнительный конденсатор с номиналом втрое большим по сравнению с аналогичным элементом контура, что изменяет параметры этого контура в процессе каждого колебания в зависимости от наличия положительного управляющего напряжения на тиристорах, подаваемого на них в момент максимального тока и снимаемого при его нулевом значении. При этом длительность положительного импульса управляющего напряжения составляет для дополнительной ёмкости половину периода основной частоты колебаний контура, а длительность отрицательного импульса в обоих ёмкостях составляет четверть от этого периода для создания периодических изменений параметров контура в процессе каждого колебания и, способствуя тем самым возбуждению параметрического резонанса и генерации электрической мощности в устройстве. Источник колебаний полностью функционально независим от воздействия каких-либо сторонних сил или привлечения других видов энергии.
Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующий суммарный технический результат:
- увеличение объёма рабочего пространства и уменьшение неравномерности гидроакустического поля в камере малого объёма;
- повышение точности формируемых колебаний в камере малого объёма за счёт использования параметрического генератора.
Указанный технический результат достигается тем, что заявленная Установка для градуировки гидроакустических приёмников в камере малого объёма с применением параметрического резонанса содержит камеру малого объёма вертикального типа, выполненная с возможностью размещения в ней градуируемого гидроакустического приёмника, и закрепления его на координатном устройстве, сигнал с которого через усилитель и фильтр нижних частот поступает на вольтметр и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), подключённый к ПЭВМ, которая управляет через цифровой программный блок параметрическим генератором, подключенным к вибровозбудителю и АЦП.
Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является то, что к нижнему торцу камеры малого объема дополнительно прикреплен акселерометр, подключенный к АЦП, который обеспечивает измерение частоты колебаний в камере малого объема.
Сущность изобретения поясняется чертежом:
Фиг. 1 Установки для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса. Функциональная схема.
На фиг. 1 представлена функциональная схема Установки для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса.
Установка включает в себя:
1. Камера малого объема.
2. Градуируемый гидроакустический приемник.
3. Усилитель.
4. Фильтр нижних частот (ФНЧ).
5. Вольтметр.
6. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП).
7. ПЭВМ.
8. Цифровой программный блок.
9. Параметрический генератор.
10. Вибровозбудитель.
11. Акселерометр.
12. Координатное устройство.
Все блоки соединены электрическими связями.
Градуируемый гидроакустический приемник 2, помещен в камеру малого объема 1 вертикального типа и закреплен на координатном устройстве 12.
Градуируемый гидроакустический приемник 2 через усилитель 3 и фильтр нижних частот 4 подключен к вольтметру 5 и АЦП 6. АЦП 6 подключен к ПЭВМ 7, которая управляет через цифровой программный блок 8 параметрическим генератором 9. Выходы параметрического генератора 9 подключены к АЦП 6 и вибровозбудителю 10, который формирует гидроакустическое поле в камере малого объема 1. Сигнал с акселерометра 11 поступает на ПЭВМ 7 через АЦП 6.
Устройство работает следующим образом.
Исследуемый гидроакустический приемник 2 помещается в камеру малого объема 1 и закрепляется на координатном устройстве 12.
С ПЭВМ 7 подаются сигнал запуска и сигнал параметров колебаний через цифровой программный блок 8 на параметрический генератор 9. Параметрический генератор 9 запускается и формирует высокостабильные электрические колебания, которые подаются на вибровозбудитель 10.
Вибровозбудитель 10 преобразовывает электрические колебания в механические, тем самым в камере малого объема 1 формирует колебания столба жидкости. Формируется гидроакустическое поле стоячей волны в камере малого объема 1. Акселерометр 11 измеряет виброускорение нижнего торца камеры малого объема 1. Сигнал с акселерометра 11 подается на АЦП 6 и далее на ПЭВМ 7, в которой рассчитывается гидроакустическое поле стоячей волны в камере малого объема 1.
Сигнал с градуируемого гидроакустического приемника 2 усиливается усилителем 3. Затем поступает на вход фильтра нижних частот 4. Далее он регистрируется вольтметром 5 и поступает на вход АЦП 6 для дальнейшей обработки на ПЭВМ 7.
Во время проведения цикла измерений осуществляется дискретное изменение частот с помощью цифрового программного блока 8, управляемого ПЭВМ 7.
С помощью ПЭВМ 7 определяются частота сигнала и уровень гармоник, проводятся расчеты характеристик гидроакустического поля стоячей волны в камере малого объема 1 из значения частоты колебания, зарегистрированного акселерометром 11 и высоты столба жидкости:
где р - амплитуда звукового давления;
u - колебательная скорость;
d - расстояние от поверхности воды;
- волновое сопротивление;
ρ - плотность воды;
с - скорость звука в воде;
k - волновое число, которое рассчитывается по формуле:
где λ - длина волны;
ƒ - частота колебаний, измеренная акселерометром.
Поместив градуируемый гидроакустический приемник 2 на глубину d и измерив его выходное напряжение U, получим соотношения для его чувствительности в единицах:
- эквивалентного звукового давления плоской бегущей волны:
- колебательного ускорения для приемника градиента давления (ПГД):
- колебательной скорости:
где: Pd=Po⋅p(d) - рассчитанное абсолютное значение звукового давления на глубине d;
- рассчитанное абсолютное значение колебательной скорости на глубине d.
На низких частотах на градуируемый гидроакустический приемник 2 действует дополнительное акустическое давление, обусловленное колебанием гидростатического давления. Поэтому при градуировке гидроакустического приемника (гидрофона) следует вводить поправочный множитель
Абсолютное значение давления Po на глубине do определяется единожды при метрологической аттестации установки по образцовому измерительному гидрофону первого разряда.
Технический результат изобретения заключается в создании нового устройства «Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса», которое позволяет увеличить рабочее пространство камеры малого объема, уменьшить неравномерность гидроакустического поля камеры малого объема и повысить точность формируемых колебаний в камере малого объема.
Заявленная установка промышленно применима, так как при ее изготовлении могут быть использованы широко распространенные устройства и компоненты, такие как: ПЭВМ, акселерометр, камера малого объема, вибровозбудитель, УНЧ, ФНЧ.
Claims (1)
- Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса, содержащая камеру малого объема вертикального типа, выполненную с возможностью размещения в ней градуируемого гидроакустического приемника и закрепления его на координатном устройстве, сигнал с которого через усилитель и фильтр нижних частот поступает на вольтметр и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), подключенный к ПЭВМ, которая управляет через цифровой программный блок параметрическим генератором, подключенным к вибровозбудителю и АЦП, отличающаяся тем, что к нижнему торцу камеры малого объема дополнительно прикреплен акселерометр, подключенный к АЦП, который обеспечивает измерение частоты колебаний в камере малого объема.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2814647C1 true RU2814647C1 (ru) | 2024-03-04 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU853445A2 (ru) * | 1979-10-05 | 1981-08-07 | Предприятие П/Я А-3759 | Гидроакустический пульсатор дл пОВЕРКи дАТчиКОВ дАВлЕНи |
| RU2141742C1 (ru) * | 1995-06-05 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Способ градуировки гидрофонов |
| JP2001091535A (ja) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| RU136487U1 (ru) * | 2013-09-12 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГЕРС Технолоджи" | Акустическая телеметрическая система мониторинга состояния наблюдательной скважины |
| RU2782354C2 (ru) * | 2020-07-28 | 2022-10-26 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАКС" | Устройство для градуировки электроакустических преобразователей |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU853445A2 (ru) * | 1979-10-05 | 1981-08-07 | Предприятие П/Я А-3759 | Гидроакустический пульсатор дл пОВЕРКи дАТчиКОВ дАВлЕНи |
| RU2141742C1 (ru) * | 1995-06-05 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Способ градуировки гидрофонов |
| JP2001091535A (ja) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| RU136487U1 (ru) * | 2013-09-12 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГЕРС Технолоджи" | Акустическая телеметрическая система мониторинга состояния наблюдательной скважины |
| RU2782354C2 (ru) * | 2020-07-28 | 2022-10-26 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАКС" | Устройство для градуировки электроакустических преобразователей |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Гордиенко В.А. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 480 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2596239C1 (ru) | Способ виброакустических испытаний образцов и моделей | |
| CN108594238B (zh) | 基于瞬态信号的水声换能器电声性能校准装置及校准方法 | |
| CA2908061C (en) | A method of generating a drive signal for a vibratory sensor | |
| JP7179478B2 (ja) | 気体センサ及び気体検出方法 | |
| RU2814647C1 (ru) | Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса | |
| RU2678503C1 (ru) | Молекулярно-электронный гидрофон | |
| US9140619B2 (en) | Piezoelectric vacuum gauge and measuring method thereof | |
| RU2605503C1 (ru) | Стенд для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором | |
| CN107389794B (zh) | 测量岩石衰减系数的方法与*** | |
| CN110133665A (zh) | 一种超声换能器基于包络线的多普勒测量方法 | |
| RU158238U1 (ru) | Устройство для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя | |
| Listewnik | A design of an acoustic coupler for calibration of hydrophones at low frequencies | |
| Leiko et al. | Experimental data on dynamic changes of radio pulses when they are emitted by piezoceramic electromechanical transducers | |
| Malarkodi et al. | Design considerations and establishment of a low frequency hydrophone calibration setup using the principle of vibrating water column | |
| RU2467297C1 (ru) | Пульсатор быстропеременного давления | |
| Rouse et al. | Vibration studies of Monticello dam | |
| RU2791859C1 (ru) | Пьезоэлектрический стенд для измерения параметров сейсмоприёмников, встроенных в изделие сложной формы | |
| RU2593646C1 (ru) | Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления | |
| RU2231026C1 (ru) | Измеритель параметров внутренних волн в морской среде | |
| RU160686U1 (ru) | Устройство для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя | |
| SU587333A2 (ru) | Устройство дл измерени объема жидкости | |
| SU1140001A1 (ru) | Плотномер | |
| SU173640A1 (ru) | ||
| SU917074A1 (ru) | Способ определени коэффициента отражени звука | |
| SU1352321A1 (ru) | Устройство дл виброиспытаний |