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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.06.2024

Просмотров: 56

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

2. Абсолютное

измерение звукового давления производится той

ж е аппаратурой .

Погрешность измерения составляет 15—20%.

По изменению фазы

1. Н а частотах н и ж е 1-М ,5

мгц

измерение фазы следует произ­

водить методом

двух точечных приемников с использованием сверх­

миниатюрного

пьезоприемника.

Погрешность измерения 5^-20°

(возрастает с увеличением частоты) .

 

2. Н а частотах выше 1-г-1,5 мгц

измерение фазы целесообразно

производить интегральным методом с использованием в качестве

датчика

плоской пьезопластинки. Погрешность измерения 10°—5°

(не зависит от частоты) .

3. Н а

всех частотах целесообразно использовать для экспресс-

анализа

амплитудных

и фазовых неоднородностей К У П качествен­

ный метод эталонных

тел.

ГЛАВА VII. ВОПРОСЫ РЕАЛИЗАЦИИ И ИСПЫТАНИЯ АПС

§ 7.1. С О С Т А В И З М Е Р И Т Е Л Ь Н О Г О К О М П Л Е К С А

Ороли эксперимента при создании АПС

При создании А П С важное место занимают экспериментальные исследования. Помимо проверки правильности теоретических вык­ ладок эксперимент позволяет оценить правильность изготовления, правильность сделанных допущений при выводе формул, правиль­ ность пренебрежения факторами, при теоретическом рассмотрении казавшимися второстепенными. Только эксперимент может дать окончательный ответ на вопрос о величине амплитудных и фазовых неоднородностей, что очень важно, ибо без знания этих величин

нельзя судить о погрешностях проводимых измерений в

К У П , на­

пример. И, наконец, совершенно отдельное, самостоятельное

значе­

ние имеет экспериментальная проверка параметров К У П

созданной

А П С в процессе эксплуатации . Подобный экспресс-анализ

качест­

ва К У П в процессе эксплуатации д о л ж е н проводиться

периоди­

чески, перед проведением исследований, и преследует цель провер­

ки правильности

юстировки

элементов А

П С

и работоспособности

измерительного

комплекса.

К а к показано

в

предыдущей главе, эта

качественная оценка поля может быть произведена с помощью ме­ тода эталонных тел.

Рассмотрению некоторых методик и результатов

эксперимен­

тальных исследований

А П С , проведенных на к а ф е д р е

«Радиотех­

ника» Куйбышевского

авиационного института, а т а к ж е состава

измерительного комплекса и посвящена заключительная глава мо­ нографии.

Измерительный комплекс, предназначенный для измерения па­

раметров квазиплоского

ультразвукового поля в раскрыве А П С ,

состоит из акустического

бассейна с юстировочной аппаратурой,

измерительной аппаратуры, калибровочных приспособлений и бло­ ков нестандартной электронной аппаратуры .

Акустический бассейн

Акустический бассейн представляет собой прямоугольную ванну объемом 5 X 2 X 2 м3. Выполнен из сплава АМТ-6 с помощью свар ­ ки по контуру. Д л я большей жесткости бассейн обвязан снаружи

pa и длины, а

т а к ж е шары

различного диаметра . Подвеска тел

осуществляется

на тонких капроновых нитях.

В процессе работы используются следующие серийные приборы:

электронные осциллографы

типа Cl-19, С1-13, С1 -20, ламповый

вольтметр ВК7-9, электронные фазометры Ф2-1, Ф2-7, шлейфовый осциллограф Ы700, усилитель широкополосный УШ-20.

Блоки нестандартной аппаратуры

Нестандартной аппаратурой являются возбудитель и приемное устройство. Блок-схемы возбудителя и приемника приведены соот­

ветственно на

рис. 7.2 а

и 7.2 б. Возбудитель состоит

из з а д а ю щ е г о

генератора 1,

усилителя

мощности 2

и модулятора

3.

З а д а ю щ и й

генератор

представляет

собой автогенератор с индук­

тивной обратной связью на лампе 6П15П . Усилитель мощности вы­

полнен на 2-х л а м п а х ГУ-50 в параллельном включении. Р е ж и м

ра­

боты А Б . Связь с излучателем емкостная с помощью

делителя

«ем­

кость

связи — емкость

излучателя» .

Модулятор,

представляющий

собой

ключ

на транзисторе М П 2 6 Б ,

осуществляет

импульсную

мо­

дуляцию з а д а ю щ е г о генератора.

 

 

 

 

 

П а р а м е т р ы возбудителя:

 

 

 

 

 

выходная

мощность

на эквиваленте нагрузки

2,4

к

(оптималь­

ный режим

усилителя

мощности),

составляющая в

непрерывном

р е ж и м е 40

вт, в импульсном — 100 вт;

 

 

 

 

плавная

регулировка выходной мощности;

 

 

 

 

частотный

диапазон

0,5-4-6,3 мгц;

 

 

 

 

 

 

5ход

 

 

 

 

 

 

 

 

ЩлироНанного

 

 

 

Выхсд

 

 

импульса

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

* 3

 

 

 

 

 

 

 

 

о)

 

 

 

 

 

 

Вход

>

 

 

 

•

Выход

 

 

вч

о -

 

УЗ

 

К Н-700

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строб 2

Модулиро&анный Строб 1 импульс

УУ

Синхронизация

осциллографа

5)

Рис. 7.2а. Блок-схема возбудителя. Рис. 7.26. Блок-схема приемного устройства.

На рис. 7.3 приведена фотография стойки с электронной аппа­ ратурой комплекса.

 

§ 7.2.

И С С Л Е Д О В А Н И Е П Е Р В И Ч Н Ы Х И З Л У Ч А Т Е Л Е Й А П С

Д л я проведения

исследований были изготовлены по технологии,

описанной в [43], излучатели различной формы из титаната

бария .

Экспериментальные исследования состояли:

 

 

в

исследовании

допустимой интенсивости

излучаемого

ультра­

звука вблизи поверхности излучения;

 

 

в

исследовании

д и а г р а м м направленности

излучателей

различ­

ных

типов.

 

 

 

Определение допустимой интенсивности ультразвука вблизи поверхности излучателя

Предварительно заметим, что речь идет не о допустимой

интен­

сивности с точки

зрения разрушения

керамики,

а

интенсивности

с точки зрения линейности амплитудной характеристики

акустиче­

ского тракта . В известной авторам литературе данные

о

такой

допустимой интенсивности излучаемого

ультразвука

в

диапазоне

частот 1ч-5 мгц

отсутствуют. М е ж д у тем знание

этой

величины не­

обходимо при проектировании акустических прожекторных систем.

Блок - схема

измерения

показана на

рис.

7.4

а.

Н а

этом

рисунке

2—

излучатель

и приемник

ультразвука

(работа

на

одну

пластин­

ку

в режиме г и д р о л о к а т о р а ) , 3— эталонное

тело

(цилиндр) .

Они

укреплялись на вертикальных штангах двух

кареток

и помещались

в акустический

бассейн. Цилиндр 3 располагался

по оси излучения

 

 

 

 

 

D1

 

 

 

 

 

 

 

нзлучателя

2 на

расстоянии

г > _ ^ _

, т. е. в

дальней

зоне

излуча­

теля .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве излучателей

использовали

плоские пьезопластинки,

т а к

к а к д л я выбранного цилиндра d=1=0,5

см

при

г > 1

м

поле

в пределах

цилиндра

можно

считать

плоским в

вышеуказанном

диапазоне

длин

волн

и при

этом типе излучателей. З а р а н е е ,

перед

проведением экспериментов, были определены параметры излуча­

телей (диаметры Dn,

резонансные частоты /, сопротивления

излуче­

ния Яизл

на рабочих

частотах) . З а т е м

снималась

зависимость вы­

ходного

н а п р я ж е н и я

Пвых

усилителя 4

от

напряжения

ит на пьезо-

излучателе. Величина «В ых усилителя измерялась с помощью

осцил­

л о г р а ф а

5 типа С1-19, а

ит

—• с помощью

осциллографа

6 типа

С1-13. Зависимость

г^вых

(ит)

снималась

при различных

значе­

ниях г, чтобы уменьшить

погрешности,

 

вызываемые

случайными

ф а к т о р а м и . Д а н н ы е наблюдений усреднялись.

 

 

 

Н а рис. 7.4 б приведены

зависимости

[ — — )

от

интенсивно-

и'вых. макс '

Рис. 7.4а. Блок-схема измерения интенсивности ультразвука.

Рис. 7.4 6. Зависимости ( — ^ - — - V от интенсивности ультра-

\ иных, макс'

звука

/ 0

Рис. 7.4 в. Зависимость

/ О Д О п от частоты

сти

ультразвука

IQ вблизи

излучающей

поверхности. При построе­

нии графиков / 0

определялась

по формуле

 

 

 

 

0

~

2Raaa-S„

'

 

где

ї|а = 0,4 — электроакустический к. п. д. излучателя;

 

 

S„ — поверхность излучения.

 

И з

графиков следует, что

для

к а ж д о й

частоты акустических

коле­

баний квадрат напряжения

на

выходе

усилителя вначале

растет

пропорционально интенсивности ультразвука, затем рост выходного сигнала замедляется . Начиная с некоторого значения / 0 д о і ь сигнал па выходе усилителя уменьшается, несмотря на увеличение подво­

димой к излучателю

электрической

мощности

(увеличение

мощно­

сти излучения вблизи

и з л у ч а т е л я ) .

 

 

 

 

С помощью графиков рис. 7.46

был

построен график

зависи­

мости / О Д о п (7), изображенный на

рис.

7.4в.

Полученные

резуль­

таты качественно объясняются законами нелинейной акустики. При больших интенсивностях звука вблизи излучателя образуются вол­ ны конечной амплитуды, затухание которых происходит значитель­

но быстрее,

нежели волн малой амплитуды [ 7 ] .

Усиленное

погло­

щение волн

конечной амплитуды

вблизи излучателя

и объясняет

наличие спадающей ветви у графиков на рис. 7.

4 6.

 

 

Характер

зависимости / 0 Д О п

(/)

непосредственно

вытекает из

того

факта,

что с ростом частоты акустических колебаний

затуха­

ние

волн конечной амплитуды

ускоряется. Полученная

эксперимен­

т а л ь н а я зависимость была использована при проектировании пер­ вичных излучателей А П С .

Исследование диаграмм направленности излучателей

К а к указывалось

в § 4.1, в

качестве излучателей А П С

могут

быть использованы

излучатели

в виде

плоской пьезопластины с

рассеивающей полистироловой

линзой

и слабовыпуклые

сфериче­

ские излучатели из пьезокерамики. Внешний вид этих излучателей показан на рис. 7. 5 а и 7. 5 б соответственно. Д и а г р а м м ы направ ­ ленности измерялись в режиме приема согласно блок-схеме, приве­

денной на

рис. 7. 5 в. Методика измерения состояла

в

следующем .

Н а

штанге

одной

каретки укреплялся вспомогательный

излучатель

/ в

виде плоской

пластинки малого диаметра .

На штанге другой

каретки на расстоянии 2 м от излучателя укреплялся

исследуемый

излучатель 2 на

той ж е глубине. Исследуемый

излучатель работал

в режиме приема, вспомогательный — в режиме излучения. Пово­ рачивая исследуемый излучатель вокруг вертикальной оси, снима­ ли д и а г р а м м у направленности, т. е. зависимость выходного напря­ жения приемника от угла поворота излучателя. Были проведены из­ мерения с пластинами различного диаметра D„, на различных часто­ тах /, с линзами различной толщины h и с пластинами различной

ФмаксМ

ї ї

 

^Эксперимент. fl/i

Г>и=8мм

 

 

 

1

Расчет

 

 

h=2JMM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.2

 

 

 

 

 

5

-ІО

-5

0

 

5

W

(р,граЗ

 

 

 

 

5 )

 

 

 

 

Рис. 7.6. Диаграммы направленности излучателей с

 

 

 

рассеивающими

линзами

 

 

 

а — при D„ =

14 мм; б —

при Dn

=

8 мм

степени

выпуклости.

На

рис.

7.6 а, б показаны д и а г р а м м ы на­

правленности плоских пластин с линзами .

 

 

Совпадение

экспериментальных и

расчетных д и а г р а м м направ ­

ленности

является хорошим . Н а

рис.

7.7 а,

б

показаны д и а г р а м м ы

направленности слабовыпуклых излучателей. Неполное совпадение экспериментальных и теоретических д и а г р а м м направленности объ­ ясняется неточностью изготовления излучателей, недостаточной чи­ стотой обработки поверхности, неоднородностью керамики и др . факторами .

Р е з у л ь т а т ы экспериментальных исследований показали, что предложенные в ходе теоретического рассмотрения типы излучате­ лей могут быть использованы в качестве излучателей А П С .

Смотрите также файлы