Исследование коэффициента прохождения сферических звуковых волн из воды в воздух

Внедрение: 2015 г.

В экспериментальной части одноимённой диссертации [1] описан измерительный стенд с применением модуля E20‑10. 

Основная задача эксперимента заключалась в изучении акустического поля в воздухе, образовавшегося в результате прохождения сферических волн звукового диапазона (1‑20 кГц) через границу раздела вода-воздух. В ходе эксперимента был рассмотрен ряд задач: 

• разработка методики измерения коэффициента прохождения сферических акустических волн по давлению через плоскую границу раздела вода-воздух с учетом влияния неоднородных плоских волн; 
• измерение зависимости коэффициента прохождения по давлению сферических акустических волн через плоскую границу раздела вода-воздух от:   
  - частоты излучения источника; 
  - глубины расположения источника относительно рассматриваемой границы; 
  - угла скольжения плоской однородной волны; 
  - волновых размеров источника. 

Все измерения проводились в заглушенном гидроакустическом бассейне.

Для проведения экспериментальных исследований был создан измерительный стенд, структурная схема которого показана на рисунке 1. В измерительном стенде можно выделить тракт излучения (блоки 1‑5) и приемный тракт (блоки 8‑15). 

Рисунок 1. Структурная схема измерительного стенда: 1 – генератор ГСС‑05; 2 – усилитель мощности; 3 – блок питания ТЕС‑7М; 4 – осциллограф GDS‑820С; 5 – гидрофон 1П2Г (или 1П3Г), работающий в режиме излучения; 6 – водная среда; 7 – воздушная среда; 8 – гидрофон 1П3М, работающий в режиме приема; 9 – капсюль измерительного микрофона RFT MK‑102; 10 – предусилитель измерительного микрофона RFT MV‑102; 11 – микрофонный усилитель RFT типа (00 011) с регулируемым коэффициентом усиления; 12 – блок питания RFT типа (04 003); 13 – фильтр верхних частот (ФВЧ); 14 – АЦП L‑Card E20‑10; 15 – ЭВМ.

Визуализация и обработка полученных данных происходила в программной среде LGraph2. На базе LGraph2 реализован полосовой цифровой фильтр (ПФ) Баттерворта десятого порядка, с регулируемыми частотами среза, позволяющий выделить исследуемые компоненты спектра электрического сигнала и подавить нежелательные, тем самым улучшив соотношение сигнал/шум. Также в программе происходит измерение амплитуд изучаемых сигналов (рисунок 2).

Рисунок 2. Основное окно программы LGraph2.

С многочисленными техническими подробностями данного исследования можно познакомиться в оригинале [1]. Приводим некоторые заключительные выводы диссертации, непосредственно связанные с проведёнными экспериментальными исследованиями:

• Проведены исследования, показывающие, что коэффициент прохождения по давлению для сферических акустических волн через границу раздела жидкость-газ может быть существенно большей величины, чем при прохождении плоских волн, если сферический излучатель расположен на глубинах меньше длины волны. 
• Измерена зависимость коэффициента прохождения по давлению сферических волн через границу раздела вода-воздух от частоты излучения и от глубины расположения источника относительно рассматриваемой границы, от пространственного расположения приемника, от волновых размеров источника. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в целом ряде прикладных задач. 

Источник:
Волощенко А.П. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Исследование коэффициента прохождения сферических звуковых волн из воды в воздух». – Таганрог. – 2015. – 192 с.

Разработчик: Волощенко Александр Петрович (ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»)