Исследование частотного преобразования акустического сигнала
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
я Г по мощности, т.е. по интенсивности звука, так как записаны квадраты отношений.
Следует отметить внешнюю схожесть соотношения с аналогичным соотношением для определения коэффициента отражения по мощности в электрорадиотехнике, хотя физическая сущность возникновения отражений в первом и втором случае принципиально различны.
Те же основные соотношения Релея позволяют записать относительное значение коэффициента пропускания D по интенсивности излучения
(1.4)
Видно, что значение Г, как и значение D, зависят только от отношения акустических сопротивлений сред, образующих границу раздела.
Два предыдущих выражения формально не изменяться, если m заменить на 1/m, т.е. условно заменить первую среду второй.
Подчеркнем, что коэффициенты Г и D являются чисто энергетическими коэффициентами, показывающими относительные величины отраженной и прошедшей энергии вне зависимости, с какой стороны границы раздела находится исходная звуковая волна.
Однако некоторые другие параметры звуковых и ультразвуковых волн оказываются зависящими от того, с какой стороны к границе раздела исходная волна подходит. Эти особенности будут рассмотрены ниже.
На рис.1.1 представлены зависимости Г и D от m (или от 1/m, что равнозначно), так как и m и 1/m показывают, как отличаются акустические сопротивления соприкасающихся сред или материалов.
Рисунок 1.1 - Зависимости Г и D от m
Расчеты показывают, что при переходе звуковых волн из жидкостей в воздух, или из воздуха в жидкость, а также на границе раздела твердое тело, например, конструкционный материал в воздух - коэффициент отражения по энергии звуковых волн приближается к 100%.
Последний факт дает отрицательный и положительный эффекты в технике акустических измерений:
так, при измерении параметров материалов изделий приходиться изыскивать способы согласования с тем, чтобы максимум зондирующего излучения ввести в ОК и снять его на акустический датчик-преобразователь;
в акустической гидролокации - наоборот - получаем максимально отраженный сигнал от подводных целей, внутренний объем которых заполнен воздухом.
Рассмотрим теперь задачу отражения и прохождения звуковой волны пластины материала, акустическая" толщина которой (т.е. в долях длины волны) соизмерима с длиной волны звуковых колебаний.
Решение подобной задачи в акустике актуально для двух практических случаев: во-первых, когда необходимо создать для источника и приемника звуковых колебаний прозрачную" защитную, механически прочную оболочку (например, обтекатель для гидроакустической станции, или акустически прозрачное окно для датчика-преобразователя); во-вторых, при решении обратной задачи - задачи создания практически непрозрачного для звуковых волн конструктивного экрана, защищающего, например, измерительную аппаратуру, от внутреннего или внешнего паразитного акустического излучения.
Все из тех же исходных соотношений Релея получим
(1.5)
где tГ - геометрическая толщина пластины материала; ?2 - длина звуковой волны в этой пластине.
Последнее выражение позволяет найти толщину пластины, при которой она дает максимум отражения и обладает максимальной акустической" прозрачностью.
Исследуя формулу на максимум коэффициента отражения по мощности Гmax,
(1.6)
при (n=1,2,3….), т.е. максимумы коэффициента отражения звуковых волн будут, когда акустическая" толщина пластины (т.е. в долях длины звуковой волны в ее материале), равна нечетному числу четвертей волны.
Отметим, что условия по нахождению Гmax и Dmax формально схожи с условиями радиоволнового прохождения диэлектрических пластин, но с отличием, что в первом случае имеем дело с акустической" толщиной пластин из одного материала, а, во-вторых, - с радиопрозрачными пластинами из диэлектрических материалов, и с электрической толщиной пластин, т.е. в долях длины электромагнитной волны в последних. Вернемся к исследованию акустической" прозрачности пластин из различных конструкционных материалов. На рис.1.2 дана зависимость коэффициента пропускания D пластинок из алюминия (m ? 0,094) и из плексигласа (m ? 0,454) в воде от их акустической" толщины, т.е. от отношения tГ/?2, которые рассчитаны по формуле (1.5).
Рисунок 1.2 - зависимость коэффициента пропускания D
Из графиков рис.1.2 сделаем два вывода:
во-первых, максимальное прохождение, равное 100%, при tГ/?2= 0,5;
во-вторых, при всех других соотношениях tГ/?2 акустическая прозрачность пластины будет возрастать с приближением m к 1.
Последние данные имеют большое практическое значение при выборе звукопроницаемых окон в жидкостях; для увеличения D в широком диапазоне отношений материал следует выбирать так, чтобы параметр m приближался к 1.
Таким образом, проектируются защитные обтекатели гидроакустических станций и глубиномеров.
Эти же условия также всегда принимаются во внимание при проектировании защитных оболочек приемно-передающих устройств акустических измерительных приборов, работающих в воздухе.
Но в этом случае, необходимо акустически согласовать защитную оболочку с воздушной средой.
1.1.3 Ультразвуковые методы контроля качества изделий и материалов
С помощью ультразвука можно получать полезную информацию о качестве изделий и материалов. Положительную роль ультразвуковые методы контроля играют при обеспечении точности и устойчивости специальных технолог