Файл: Абрамов Г.В. Акустические прожекторные системы.pdf

разом

(рис. 6.6,а).

х и колеблют

Пластинку перемещают по оси

относительно

осп

л" на определенный

угол

(обычно

несколько

больший

половины

ширины диаграммы

направленности пластинки) . И з м е р я я

сигналы

на пластинке в крайних положениях,

рассчитывают

отклонение

положения пластинки от так называемого

равносигнального

на­

правления (искомый

угол

а) по следующей формуле:

где 2ао — угол в градусах

между

двумя

крайними

положениями

ii\uu2

пластинки;

— сигналы

на

пластинке

в

крайних

положениях

(в

воль­

т а х ) .

Следует отметить,

что

формула

(6.11)

верна, если для

измерения

используется участок

д и а г р а м м ы

направленности,

аппроксимиру­

ющийся

прямой линией (практически

от

и = 0 до

иш0,8ит)-

Б. Одновременное

сравнение

(см. рис.

6.6,6)

не

требует

меха­

нического воздействия на датчик в

процессе

измерения.

Имеются

две одинаковые пьезопластинкп,

сдвинутые

заранее

на

угол

2 а 0 .

вая угол по

формуле (6.11). Фазометр, построенный

на

этом

прин­

ципе, будет

отличаться

большей

точностью,

но

требует

более

сложной электронной аппаратуры, что обусловлено

двумя

канала ­

ми измерения, идентичность которых является

одним

из

условий

реализации

метода.

В. Устранение

влияния нелинейности д и а г р а м м ы

направленно­

сти на измерения и расширение диапазона измерения

достигается

при применении

следящей

системы

(подобно

радиолокационным

автоматическим

системам

[ 2 6 ] ) . Схема подобного фазометра

при­

ведена на рис. 6.6,в.

Д а т ч и к 1 представляет

собой две

пьезопластинкп,

сдвинутые от­

носительно друг друга на угол 2ао. Усилители

2, детекторы

3,

нуль-

органы 4, усилитель 5, двигатель 6

образуют

следящую

систему,

настроенную

на

равенство

сигналов

на пластинках

(равносигналь-

ное направление) .

При отклонении

датчика

от

равносигнального

V

і

- УУ

с)

Фазометр

последовательного сравнения;

б — Фазометр

одновременного

датчик;

сравнения; в — Фазометр следящей системы

5 — усилитель;

2 — усилитель;

3 — детектор;

4 — нуль-орган;

двигатель;

ЗУ — запоминающее устройство; УУ — устройство управления;

вибратор,

Ур — устройство регистрации,

К — коммутатор

ПУЦ— пре­

образователь

угол-цнфря;

Р — редуктор

Погрешность Аа.2 удобно рассмотреть

для

сферического

поля

(см. рис. 6.7 а ) .

Пусть

в

точке

О

находится

точечный

источник,

R — OA'i—расстояние

от

источника

до оси

х, k.R—A'\A'2—

погреш­

ность координатного устройства,

у—А\А'\

— расстояние

по

оси

х

от точки с нулевой фазой до измеряемой

точки, а' — действитель­

ный угол, а — измеренное

значение

угла

а'. Согласно

сказанному

t g c c ^ a . Тогда

из треугольников

ОА\А\

и OAiA'2

имеем:

а

- —=г ,

а_

У

у

ДЯ '

R

'

R +

и погрешность

л г,

у

у

~ - * R y

или

-і «2 -

R

-

R +

A R

~

R2

Л а 2

= а -д5/ -? .

Так как R^AR,

то баг

весьма

мала . Например,

при неточности

ко­

ординатного

устройства

AR=l

мм в сферическом поле

на

расстоя­

нии R = 3 м

погрешность

Д а 2

= 3 - 1 0 - 4 а .

Д л я

квазиплоского

поля

следует ожидать,

что

погрешность Ааг

будет

еще меньшей

вели­

чины.

Погрешность

Лаз

вызвана изменением диаграммы направленно­

сти пластинки

(коэффициента ао)

в

связи

с неравномерностью уль­

тразвукового поля и отличием его от плоского на расстояниях,

со­

измеримых с размерами пластинки.

Так

как

размеры

пластинки

выбираются

достаточно

малыми

(10-4-20 мм),

а

поле равномерное,

то величина

и

этой погрешности

имеет

второй

порядок

малости.

К а к видно из

рис. 6.76

погрешности

Доц

и ДССБ сводятся

к Д а 2 .

Да » A a j »

ой-а0.

Д и а г р а м м а направленности пластинки

удовлетворительно описы­

вается

формулой [18, 21]

. .

sitlKal

где: к

Ъ.

= —

— волновое число.

I

— размер пластинки (длина или диаметр), мм.

Ширина

диаграммы направленности

по

нулям

учитывая,

что

выбирается

a0m-^-a'Q,

имеем:

<*о =

7,- (Рад).

(6.14)

Тогда, подставляя

(6.14)

в

(6.12) и (6.13). получим:

Анализируя (6.15.)

можно

заметить,

что

погрешность

измерения

фазы зависит

от точности

регистрирующего

прибора,

размера

пьезопластинки и не зависит от частоты. Следовательно,

одну и ту

ж е

пластинку

можно

применить

во всем

диапазоне частот,

причем

ее

размер

можно выбрать

тем меньше, чем чувствительнее

устрой­

ство регистрации.

Оценим погрешность измерения дл я реального случая .

Пусть Х м = 2 0 0

мм;

бы = 0,02

(ламповый вольтметр

ВК.7-9);

/ =

20 мм, п =

10. Тогда

имеем

,

л.200-0,02

А .

„о

А

?

=

2-го- уто

= ° ' 1 р а д ^ 6

° -

производимых

серийно

электронных

фазометров

(например,

Ф 2 — 7 — А ф = 3 ° ,

Ф 2 — 1 , Дф = 4°). Д л я

ряда

применений

К У П допу­

стимая величина

фазовой

неоднородности

его составляет

- ^ -- = - т; .

Ясно, что для этого диапазона фазовых неоднородностей

получен­

ную

величину Дф следует

считать удовлетворительной. И з

в ы р а ж е ­

ния

(6.15), видно, что, варьируя величины

бы, п, I, можно получить

и меньшее значение

Дф или такого

ж е

порядка

при

значительно

большем

х м , т- е. при

больших р а з м е р а х

К У П .

Следует заметить, что область применения интегрального мето­

да ограничена снизу

частотами 1 —1,5 мгц.

Н а

меньших

частотах

точность измерения снижается вследствие уменьшения

направлен ­

ности пьезопластинки. Увеличение ж е размеров

пластинки

приво­

дит к возрастанию погрешности вследствие эффекта

интегрирова­

ния и искажений

поля пластинкой.

Проведенный

анализ

различных

методов

измерения

давления

и фазы

ультразвуковых

полей в . ж и д к о с т и позволяет

сделать сле­

дующие

выводы;

1.

Измерение

распределения звукового давления

в раскрыве

А П С

целесообразно производить сверхминиатюрным

пьезоприемни-

ком

ультразвука

с соответствующей аппаратурой . Погрешность из­

мерения сводится

к инструментальной и составляет

1—2%.