Датчик для акустических измерений

Авторы патента:

G01H1/08 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний (генерирование механических колебаний без измерений B06B,G10K; определение местоположения, направления или измерение скорости объекта G01C,G01S; измерение медленно меняющегося давления жидкости G01L 7/00; измерение дисбаланса G01M 1/14; определение свойств материалов с помощью звуковых или ультразвуковых колебаний, пропускаемых через эти материалы G01N; системы с использованием отражения или переизлучения акустических волн, например формирование акустических изображений G01S 15/00; сейсмология, сейсмическая разведка, акустическая разведка G01V 1/00; акустооптические устройства как таковые G02F; получение

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, а именно кустройствам для преобразования звуковых колебаний в электрические. Цель - повышение чувствительности датчика для акустических измерений пространственного вектора интенсивности акустичебкого поля. Цель достигается тем, что датчик содержит чувствительный элемент 5. инерционный корпус 1, приемники 2 колебательной скорости. Сфера встроенные в инерционный корпус на равных расстояниях от центра сферы в трех взаимно ортогональных направлениях по два приемника на каждую ось. Чувствительный элемент 5 установлен отдельно на каждом приемнике колебательной скорости и состоит из нескольких жестко связанных между собой и равноудаленных друг от друга секторов выпуклой формы. Ось связи секторов с обоих концов посредством гибких в осевом направлении мембран закреплена к инерционному корпусу. За счет того, что значительно увеличивается площадь чувствительности элемента (бей заметного увеличения габаритов и массы датчика) и пропорционально увеличивается сила воздействия звуковой волны на приемники, конструктивное выполнение датчика позволяет подавлять паразитные (консольные) колебания чувствительного элемента и повышает его избирательную чувствительность к векторным составляющим акустического поля.2 ил. & Ё 00 ю о Ю ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„50„„1820228 А1 (я)з G 01 Н 1/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ . ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

l р

I, !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° °

Ое (21) 4801657/28 (22) 25.12.89 (46) 07.06.93. Бюл. гв 21 (71) Научно-исследовательский институт "Берег" (72) В.И.Груздев и С.Н.Бардеев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1089430, кл. 6 01 М 1/08, 1968.

Патент США hL 3803545, кл. 6 01 N 29/00, 1974. (54) ДАТЧИК ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ . (57) Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, а именно к ус. тройствам для преобразования звуковых колебаний в электрические. Цель вЂ” 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, встроенные в инерционный корпус на равных расстояниях от центра сферы в трех взаимно ортогональных направлениях по два приемника на каждую ось. Чувствительный элемент 5 установлен отдельно на каждом приемнике колебательной скорости и состоит из нескольких жестко связанных между собой и равноудаленных друг от друга секторов выпуклой формы. Ось связи секторов с обоих концов посредством гибких в осевом направлении мембран закреплена к инерционному корпусу. За счет того, что значительно увеличивается площадь чувствительности элемента (без заметного увеличения габаритов и массы датчика) и пропорционально увеличивается сила воздействия звуковой волны на приемники; конструктивное выполнение датчика позволяет подавлять паразитные (консольные) колебания чувствительного элемента и повышает его избирательную чувствительность к векторным составляющим акустического поля. 2 ил.

1820228

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, а именно к устройствам для преобразования звуковых колебаний в электрические.

Целью изобретения является повышение чувствительности датчика для акустических измерений пространственного вектора интенсивности акустического поля.

На фиг. 1 и 2 изображен предложенный датчик для акустических измерений.

Датчик для акустических измерений со-. держит инерционный, например, сферический корпус 1, в котором. на равных расстояниях от центра сферы в трех взаимно ортогональных направлениях установле- 15 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 посредст- 20 вом оси 4 крепится чувствительный элемент ,5, который состоит из нескольких жестко связанных между собой и равноудаленных друг от друга секторов выпуклой формы. Qnтимальное количество .секторов определя- 25 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- Э0 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- 35 ским центром сферы и центром масс всей . конструкции.

Датчик для акустических измерений работает следующим образом.

Звуковая волна, падающая, к примеру, 40 в 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- 45 жающей среды„колеблется 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 группы секторов чувствительного элемента 5, расположенных перпендикулярно направле55 нию прихода звуковой волны, препятствуют мембраны 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 $ э и пропорционально увеличивается сила воздействия звуковой волны на приемники. Сила воздействия звуковой волны по второму закону Ньютона

Рзв=ms .(с, где, вЂ” колебательное ускорение частиц ° среды;

ms вЂ” соколеблющаяся масса среды.

Так как

ms = m ° S, где m вЂ” удельная соколеблющаяся масса;

S вЂ” площадь колеблющейся поверхности, Fas=m ° S (c, 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 (для выпуклых секторов малой талызины) удвоенной площади шара (S> - л D),,умноженной на коэффициент заполненйя 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 (К > 1 для случая, когда выпуклые сектора в одном слое смещены в радиальном направлении и частично перекрывают друг друга).

S=K 2xD.

Для и-слойного чувствительного элемента с диаметром серединного слоя Dcp чэ= К 2_#_0ср 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

Составитель Н,Новикова

Техред M.Moðråíòàë Корректор В.Петраш

Редактор

Заказ 2023 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород. ул.Гагарина, 101 шается отношение сигнал/помеха, определяющее пороговую чувствительность, и повышаются. помехоустойчивость и направленность акустического датчика.

Формула изобретения

Датчик для акустических измерений. содержащий инерционный корпус, чувст.вительный 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 юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности при измерении пространственного вектора интенсивности акустиче5 ского поля, упругая связь выполнена в виде мембраны, 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 вЂ” с центром мембраны, края которой жестко связаны с инерционным корпусом.

Изобретение относится к средствам измерения механических колебаний и может быть использовано для измерения параметров колебаний шумов объективов в высокошумных помещениях

Способ измерения вибрации изделия // 1768998

Изобретение относится к вибродиагностике работающих агрегатов и может быть использовано при экспресс-испытаниях Цель изобретения - расширение рабочего диапазона и повышение точности измерений

Измерительный узел вибропреобразователя // 1762127

Изобретение относится к виброметрии и может быть использовано при измерении ортогональных составляющих пространственного колебательного движения

Виброизолирующая подвеска // 1753294

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при 2 4 V 76 хжизмерении уровней собственной вибрации контролируемых объектов, имеющих вертикальное рабочее положение

Способ измерения вибраций // 1753293

Способ определения параметров распространения упругих волн в нелинейно-упругой среде // 1753292

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров упругих волн в средах и телах, обладающих нелинейной упругостью

Устройство для измерения амплитуды вибрации рукоятки виброинструмента при ее воздействии на руку оператора // 1740993

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров локальных вибраций , воздействующих на руки оператора при работе ручным виброинструментом

Способ измерения шума компрессоров // 1702186

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения уровня шума компрессоров бытовых холодильников в процессе их производства

Способ определения собственной формы колебаний объекта // 1693392

Изобретение относится к виброметрии и обеспечивает повышение достоверности определения собственной формы колебаний объекта, находящегося в жидкости

Устройство для определения амплитудной зависимости добротности механических колебательных систем // 1670424

Изобретение относится к исследованиям рассеяния энергии колебаний механических систем и может быть использовано для получения амплитудной зависимости добротности механических колебательных систем

Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности // 2101686

Способ формирования и воспроизведения объемного изображения и устройство для формирования и воспроизведения объемного изображения // 2104502

Изобретение относится к технической физике, в частности к способам и устройствам формирования и воспроизведения объемного изображения, и предназначено для использования в фотографии, кино и телевидении

Устройство для измерения вибрации // 2114402

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения вибрации любой поверхности с записью данных по времени без использования электричества, т.е

Волоконно-оптический автогенератор // 2116631

Изобретение относится к волоконно-оптическим автоколебательным системам на основе микромеханического резонатора и может быть использовано в системах измерения различных физических величин (температуры, давления, ускорения и др.)

Мониторная система для представления колебательных состояний множества лопаток на вращающемся рабочем колесе // 2125247

Изобретение относится к области диагностики турбомашин

Устройство для контроля уровней вибронагрузок // 2129706

Изобретение относится к устройствам виброизмерительной техники и может использоваться для контроля уровней вибронагрузок на рабочем месте операторов транспортных средств (тракторов, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин)

Объемная фазовая голограмма и способ ее получения // 2168707

Изобретение относится к фазовым трехмерным голограммам

Волоконно-оптический автогенератор // 2169904

Изобретение относится к волоконно-оптическим преобразователям физических величин (температуры, давления, ускорения и др.) с использованием микромеханических резонаторов, возбуждаемых светом

Сигнализатор предаварийных деформаций лопаток турбомашин // 2177145

Устройство для замера уровня вибрации машин // 2178154