Измерение гидравлического шума

ND-3500 · 16.04.2012, 16:59

Добрый день.

Обращаюсь с просьбой консультации и помощи.

Есть научная цель - измерить спектральный шум в замкнутой гидравлической системе (насос1 - нагрентательный патрубок - гидродинамический резонатор - патрубок - емкость -всасывающий патрубок - насос1).

вопросов по решению этой задачи несколько
1. Классически, для этой цели используются гидрофоны с анализатором спектра, гидрофоны погружаются в среду и проводятся измерения.

2. Это все хорошо, но у меня есть подозрения, что часть волнового спектра загасится в патрубке после резонатора, и хотелось бы снять волновой шум не только в емкости, но и с внешней поверхности резонатора. Корректно ли для этого сделать бассейнчик из пластилина, заполнить его водой, и в воде производить измерения (я пробовал - картина вырисовалась, но есть но, опишу далее).

3. Гидрофонами и анализатором спектра я полноценно не обладаю, в качестве альтернативы использую пьезодатчик самопальный в связке с внешней звуковой картой (Creative X-Fi HD) компа с ПО SpectraPLUS 5.0. Картинки получаются, но есть большое но - пьезодатчик некалиброванный, и этой картине не суждено будет попасть в научную работу, тк нужно связать частоту и силу воздействия на получаемый результат. Силу воздействия без калиброванного датчика невозможно оценить.

Недавно этот пьезодатчик сломался, а новый я получу не скоро.

Из этих пунктов прошу проконсультировать по:
А. Калиброванным гидрофонам. У фирмы Bruel&Kjaer (0.1Гц-160кГц, чувствительность 0.42пКл/Па) я узнал об их калиброванных гидрофонах, честно, нету у меня 4-5 тысяч евро на калиброванный гидрофон.
Реально ли приобрести калиброванный гидрофон (хотяб до 48килогерц восприятия в верхней границе) в Моксве не за такие бешенные деньги?

Б. Обязательно ли гидрофон? Есть ли другие способы записи звука в гидросреде с (извиняюсь, ведь можно в презерватив засунуть калиброванный микрофон и радоваться, боюсь токо калибровка слетит в хлам)?

В. Сделать преобразование децибел с датчика в физические величины (тоесть допустим взять 20кГц, АЧХ датчика там 0 дБ, снимаемая величина составляет -67дБ, вот интересен момент перевода этих -67дБ в физическую величину аля ватт/кв.метр или паскаль)?

Благодарю за внимание.

Alex9797 · 16.04.2012, 17:06

Какой диапазон давлений в измеряемой гидравлической среде?

ND-3500 · 18.04.2012, 09:57

Alex9797, статическое - не больше атмосферного (емкость открытая, басейнчик воды тоже открытый). Пульсации - честно говоря не могу представить, не думаю, что выше 1, как максимум, 2х избыточных атмосфер

Alex9797 · 18.04.2012, 11:15

Сообщение от ND-3500

Б. Обязательно ли гидрофон? Есть ли другие способы записи звука в гидросреде с (извиняюсь, ведь можно в презерватив засунуть калиброванный микрофон и радоваться, боюсь токо калибровка слетит в хлам)?

Если полоса частот не превышает нескольких килогерц, то можно попробовать датчики давления фирмы Моторола. Я ими пользовался, и очень доволен. Чувствительный элемент - мембрана, на ней расположен безгистерезисный тензомост. Поверхность мембраны защищена специальным гелем. Это позволяет заполнить полость водой, без риска повреждения или коррозии.

Удавалось регистрировать вибрации с частотой до 3 килогерц. Может, датчик смог бы отработать и более высокую частоту, но в нашей среде и три килогерца были редкостью.

Датчики давления бывают с внутренним усилителем, и без усилителя. С усилителем выходной сигнал однополярный, поэтому его удобно применять, если вибрации происходят на фоне постоянного давления. Впрочем, есть датчики абсолютного давления, MPX5100AP, у которых начальное значение выходного сигнала уже соответствует атмосферному давлению.
Для других условий больше подходят датчики без усилителя. Например, MPX2100DP, или MPX2200DP, с диапазонами 100кПа и 200кПа.

OlegNZH · 18.04.2012, 12:12

Кстати ,да ,MPX довольно приличны , до 2% погрешность и Response Time порядка 1 ms.

ND-3500 · 19.04.2012, 17:05

Сообщение от Alex9797

Удавалось регистрировать вибрации с частотой до 3 килогерц. Может, датчик смог бы отработать и более высокую частоту, но в нашей среде и три килогерца были редкостью.

А практически есть методика опробирования возможности использовать датчик на более высокие частоты? Я могу ошибатся, но мне кажется это должно как минимум быть связано с минимальным временем отклика...

Сообщение от Alex9797

Датчики давления бывают с внутренним усилителем, и без усилителя. С усилителем выходной сигнал однополярный, поэтому его удобно применять, если вибрации происходят на фоне постоянного давления. Впрочем, есть датчики абсолютного давления, MPX5100AP, у которых начальное значение выходного сигнала уже соответствует атмосферному давлению.

Я почитал про их серию 4ххх, 5ххх. В целом мне они очень понравились из-за калиброванного выходного напряжения, которое достаточно немаленькое, что позволяет использовать аппаратную обработку не с высокобешенной точностью и с сильными фильтрами наводок.

Сообщение от Alex9797

Для других условий больше подходят датчики без усилителя. Например, MPX2100DP, или MPX2200DP, с диапазонами 100кПа и 200кПа.

Я не очень понимаю, что это могут быть за условия, если честно...

В целом большое спасибо, это реально интересные датчики, которые позволяют напрямую сделать преобразования показаный датчика в физическую величину, осталось только 3 вещи понять
1. Какие диапазоны частот можно будет снять с него? На мой взгляд самый широкий будет у базисного эле мента относительного (у него будет точность больше из-за того что не надо работать в минимум 101кПа). Корпуса у них я глянул имеют трубку до чувствительного элемента - это будет точно искажать пульсацию мне кажется.
2. Они все снимали в воздухе, справедливо будет ли это в воде?...
3. Какую аппаратуру можно использовать для снятия и преобразования данных датчика?

PS. А тензорезисторные элементы и тензомост (в даташите кстати используется фраза silicon piezoresistive pressure sensor) - одно и тоже?
PSS. Извиняюсь за некомпетентность. Благодарю за внимание.

OlegNZH · 19.04.2012, 17:11

Кстати , п.2 - именно меня смутил ,как в другой среде будет выглядеть? (я пользовал в газах,как гидравлика к этому отнесётся? (хотя теоретически- стоит мембрана ,газ не пропускает априори ,чем жидкость хуже?))
PS Насчёт,чем снимать- если с усилителем- там нормированный сигнал ,звуковая карточка(правда низкие частоты не возьмёт) , если тензодатчик- опорное на него ,выход опять-же на АЦП.

Alex9797 · 19.04.2012, 17:32

Сообщение от ND-3500

Я не очень понимаю, что это могут быть за условия, если честно...

Я там указывал, что датчики с внутренним усилителем дают на выходе однополярный сигнал. Это означает, что они могут воспринимать давление или положительное, или отрицательное. А если пульсации давления "разнополярные", симметричные относительно атмосферного, то такие датчики смогут регистрировать только одну полуволну. Вот для таких условий и предпочтительнее использовать датчики без усилителей. Там тензомост. На него надо подать питание, и подать сигнал на внешний дифференциальный усилитель. И тогда получим полную картину происходящего.

Сообщение от ND-3500

Корпуса у них я глянул имеют трубку до чувствительного элемента - это будет точно искажать пульсацию мне кажется.

"Трубка" называется "порт". Есть датчики в бескорпусном исполнении. В их названии в конце нет буквы "P". Они имеют форму таблетки с выводами. С обеих сторон небольшие отверстия, для сообщения с внешним миром. Стенка корпуса в этих местах очень тонкая, и можно осторожно ее рассверлить, что значительно улучшит равномерность частотной характеристики.

Сообщение от ND-3500

2. Они все снимали в воздухе, справедливо будет ли это в воде?...

А я ведь не зря упоминал выше о том, что поверхность чувствительной мембраны покрыта защитным гелем, и что это дает возможность заполнить эту полость водой. В вашем случае это надо сделать обязательно, и тщательно, чтобы не оставалось пузырьков воздуха. Чтобы акустический контакт с жидкостью был максимальным. Тогда на достоверность измерений не будет влиять упругость воздушной прослойки.

Сообщение от ND-3500

PS. А тензорезисторные элементы и тензомост (в даташите кстати используется фраза silicon piezoresistive pressure sensor) - одно и тоже?

Почти. Тензомост состоит из тензорезистивных элементов. А упоминаемый пьезоэффект - это чудо, позволяющее избавиться от гистерезиса.

ND-3500 · 23.04.2012, 12:45

А ведь реально подключить эти мотороловские датчики к АЦП, для дальнейшей спектральной обработки?

Еще коечто я нашел. Порыскав в интернете, я наткнулся на фирму ZETLab и примерно прикинул конфигурацию установки, могли бы вы прокоментировать ее, по финансам получается конечно не за копейки, но во всяком случае, это будет дешевле чем у брюэликов.

Гидрофон ВС313 и ВС313R + коробка переходная+АЦП+комп (самопал или назаказ)+ПО (родное для АЦП и попробовать SpectraPLUS)
http://www.zetms.ru/catalog/vibrodat...hone/vs313.php
http://www.zetms.ru/catalog/vibrodat...ries/am313.php
http://zetms.ru/catalog/adc_dacs/adc_14_2.php.

Единственное что меня смущает - это не очень большой диапазон амплитуд давлений (хотя может это вполне нормально). и можно ли будет определить что столько то децибел - столько то паскалей (честно, я действительно профан в этой технике, а разбираться надо)

Догадка такая у меня по поводу этого процесса - если на гидрофон воздействовать большим давлением чем он воспринимает, он показывает свое максимальное количество, а из чувствительности определить нижнюю границу. На ПО подобрать настройки, чтоб максимум датчика = 0 децибелл, ну и загнав такие рамки можно ориентироваться в уровне воздействия уже переводя спокойно в физическую величину. После наложить ее поправку АЧХ.