Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ ТЕЧИ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ ТЕЧИ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ ТЕЧИ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области измерительной техники для контроля герметичности исследуемого объекта, в частности пароводяных трубопроводов АЭС и подобных объектов промышленности. Задачей изобретения является обнаружение возникающей течи объекта. Контролируемым параметром является уровень акустического шума в виде звукового или пульсирующего давления и его спектральные характеристики. При этом определяются расстояния между датчиками и источниками течи (повреждения), когда отсутствует отражение от местных предметов и помещения. Измеряют уровень звукового давления в месте повреждения трубопровода в замкнутом маленьком и большом помещении с учетом влияния отраженных и реверберационных явлений, происходящих в помещении. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2186356
Класс(ы) патента: G01M3/24
Номер заявки: 2000119934/28
Дата подачи заявки: 27.07.2000
Дата публикации: 27.07.2002
Заявитель(и): Государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е.Жуковского
Автор(ы): Казарян А.А.; Афонасов А.А.; Мишенин А.Ю.
Патентообладатель(и): Государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е.Жуковского
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в народном хозяйстве для измерения звукового давления (пульсаций давления) акустического происхождения, в частности для контроля и диагностики герметичности трубопроводов (с теплоизоляцией и без теплоизоляции) и оборудования с реакторами РБМК, ВВР на АЭС.
Известен течеискатель масс-спектрометрический, содержащий датчик, камеру для размещения датчика, насосы для откачки, вакууметры, криоэлементы. Для повышения чувствительности течеискателя камера датчика образована поверхностями криоэлементов.
Прибор позволяет искать течи при размещении его в исследуемом объекте с помощью оператора (а.с. СССР 615375(21), 2375239/25-28, 62016529, 1976 г., G 01 М 3/00. Течеискатель. Авторы: Р.В. Бизяев, В.И. Барышников, С.Ф. Гришин и др.).
Течеискатель имеет следующие недостатки: отсутствие возможности дистанционного контроля течи исследуемого объекта, большой вес, габариты, высокая стоимость при обнаружении течей исследуемого объекта больших размеров в штатном режиме эксплуатации.
Известен способ обнаружения места течи в продуваемом исследуемом теле с использованием теплового эффекта. Причем исследуемый объект помещают в камеру, в которой постоянно поддерживают одинаковую температуру. С высокой точностью измеряют тепловое излучение продуваемого объекта и выделяют в качестве места течи на постоянном тепловом изображении участки с пониженным тепловым излучением на поверхности исследуемого объекта.
Такое решение позволяет контролировать течи из исследуемого объекта путем создания на его поверхности теплового излучения. Об изменении теплового излучения свидетельствует появление течи (Система обнаружения утечки. Патент ФРГ (ДЕ), УДК 620165.29, G 01 М 3/00, 11/08, 1989 г., заявка 053725063, публикация 890209 6).
Недостатки этого способа определения места нахождения течи исследуемого объекта заключаются в следующем: требуется стабильный источник излучения тепла, невозможно определить место нахождения течи, когда температура исследуемого объекта намного больше температуры излучаемого источника тепла, трудно эксплуатировать при длительных штатных режимах работы исследуемого объекта, высокая стоимость.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является течеискатель, содержащий датчик. Датчик помещен в камеру. Течеискатель также содержит вакуумный насос, вакууметры, вымораживавшую ловушку и электронную систему с широкодиапазонным стабилизатором напряжения. Для одновременной стабилизации ускоряющего напряжения он снабжен электростатическим цилиндрическим конденсатором. Широкополосный стабилизатор напряжения электронной системы выполнен с комплектом стабилизаторов, соответствующим различным пробным газам. Для подачи в камеру масс-спектрометра пробного газа с наименьшим количеством примесей он снабжен диффузионным насосом.
Такое конструктивное решение устройства позволяет обнаружить течи путем монтирования его на поверхности исследуемого объекта (Масс-спектрометрический течеискатель. а. с. СССР 783611, 2717156/25-28 (22), 270179, G 01 M 3/00, (53)620165.29(72), авторы: Е. А. Борисов. В.Ю.Брофман и др.).
Недостатки этого устройства практически совпадают с недостатками устройства-аналога с той разницей, что это устройство громоздко и менее надежно.
Наиболее близким техническим решением является способ для нахождения течи. Датчик монтируют на поверхности объекта, помещают его в камеру и создают вакуум. Для стабилизации выходного сигнала с выхода датчика используют электростатический цилиндрический конденсатор. Выбирают угол фокусировки конденсатора Затем обнаруженную течь преобразуют в электрический сигнал с помощью датчика, согласуют, усиливают с помощью электронных блоков и подают на вход индикатора для обработки. В принципе обнаружения течи заложено соотношение, определенное эмпирической формулой

где Ткр.ж - температура кипения криогенжидкости, используемой в течеиокателе; температура кипения жидкого азота; Wдиф, - номинальная мощность нагревания диффузионного насоса; Wдоп.диф - мощность нагревания дополнительного диффузионного насоса; М - масса пробного газа.
Такой способ обнаружения течи осуществляют путем монтирования течеискателя на поверхности исследуемого объекта (а. с. СССР 783611, 2717156/25-28, G 01 М 3/00, 1979 г. "Масс-спектрометрический течеискатель" Авторы: Борисов В.Ю. Бронфман В.П. и др.).
Недостатки способа обнаружения течи исследуемого объекта следующие: отсутствие возможности обнаружения течи на больших расстояниях от объекта, дистанционно.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности исследуемого объекта, (ИО), в частности контроля герметичности оборудования теплоэнергетических установок высокой температуры с разными реакторами АЭС и другими подобными установками за счет обнаружения течи теплоносителя.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения звукового давления течи, содержащем емкостные датчики звукового давления, выход которых соединен с входами согласующих усилителей заряда, а их выходы через усилители напряжения соединены со входами индикатора, в нем выходы источника поляризации соответственно соединены со входом индикатора, согласующих усилителей и усилителей напряжения, причем расстояние d между точками звука-течи и датчиками выбирают больше или равное d≥2D2/λ, где D - максимальный размер датчика; λ- длина волны течи, причем расстояние между источниками звукового давления течи и отражающими предметами равно d1≈5÷6d2, при этом расстояние между датчиками и отражателями d2 также намного больше расстояния d, расстояние между датчиками R≥1/6λ, причем количество датчиков или контролируемых точек по всей длине объекта равно где L - максимальная длина контролируемого исследуемого объекта.
Технический результат также достигается тем, что в способе измерения звукового давления течи, в котором на мембране емкостного датчика создают давление течи, затем преобразуют давление в электрический сигнал, усиливают его, обрабатывают, запоминают, регистрируют, в нем датчики устанавливают от поверхности исследуемого объекта на заданном расстоянии d, расстояние между датчиками R выбирают таким, чтобы они между собой не взаимодействовали, при этом датчики измеряют фоновые акустические шумы и помехи, в случае возникновения течи на поверхности исследуемого объекта в точках х1, х2, ..., хn датчики измеряют давление течи возникающее в этих точках, затем в условиях эксплуатации при возникновении других течей в точках на расстояниях между течей Rx<R, при этом каждым датчиком в отдельности измеряют суммарное давление попарно двух течей как: датчик 2 измеряет датчик 3 измеряет или и т.д., причем при наличии отражения от местные предметов на расстоянии d1, между отражающими предметами и течями, являющимися источниками звука течей в замкнутом небольшом и большом помещениях, датчиками измеряют сумму среднего квадрата прямых и отраженных звуковых давлений течи затем определяют работоспособность исследуемого объекта по уровням измеряемых звуковых давлений течи, на экране индикатора фиксируют точки повреждения, их количество и их спектральные характеристики, возникающие на поверхности объекта исследования.
На фиг. 1а, б изображена блок-схема устройства и отдельные узлы исследуемого объекта I, в частности пароводяного трубопровода с наружным диаметром 2r (фиг.1а). На поверхности объекта в качестве течи, т.е. источника излучаемого звукового давления (пульсаций давления) изображены повреждения в виде трещин формой эллипса или окружности в точках х1, x2, x3, ..., xn. Источники звуковой мощности N1, N2, N3, ..., Nn и звукового давления Через объект протекает поток пароводяной смеси "В" с температурой 280oС и давлением 7•106Па. Устройство содержит емкостные датчики пульсаций давления 2,3,4. Отражатель от местных предметов условно изображен цифрой 5 (отражение от стенок помещения, от конструкций и крепежных средств). Также устройство содержит согласующие усилители заряда 6,7,8, усилители напряжения 9,10,11, индикатор 12 и источник поляризации датчиков и питания усилителей 13.
Звуковое давление из источников течи теплоносителя x1, ..., xn в виде пароводяной смеси поступает на ЕЧЭ емкостных датчиков 2,3,4. Преобразованное звуковое давление в виде электрического напряжения с выхода ЕЧЭ согласовано в усилителях заряда 6,7,8 и через усилители напряжения 9,10,11 поступает на индикатор 12 для дальнейшей обработки и определения состояния исследуемого объекта 1. Датчики поляризуются источником постоянного тока 13. Блок 13 питает также усилители заряда 6,7,8 и усилители напряжения 9,10,11. Индикатор 12, кроме обработки и выдачи результатов измерения, при необходимости также обеспечивает регулирование напряжения поляризации датчиков и коэффициента усиления нормирующих усилителей напряжения при измерении высоких уровней давлений.
Емкостной датчик звукового давления разработан на базе известных тонкопленочных емкостных чувствительных элементов. Мембрана датчика разработана на базе высокотемпературного влагостойкого сплава. Также в конструкции датчика использована полиамидная пленка о рабочей температурой -269÷+300oС. В корпусе датчика ЕЧЭ защищен от влажности путем использования влагостойкого композита.
Расстояние между трубопроводом и датчиками d обеспечивает измерение звукового давления в дальнем поле. Расстояние между датчиками R выбирают так, чтобы исключить взаимовлияние (взаимодействие) между собой. При этом при возникновении случайного источника звука мощностью Nх, т.е. повреждения Хx мощностью Nx между течей x1, x2, ..., xn, показания емкостных датчиков могут удваиваться и даже больше. Диффракционные явления от отражателя 5 в стадии измерения от стен помещения, пола и других установок показаны условно. Влияние диффракции на результаты измерения уточняют и корректируют путем экспериментального исследования.
Практически устройство можно реализовать как в одноканальном, так и в многоканальном (до нескольких десятков) исполнении. Предполагают, что источники звука в точках xx возникают случайно в стадии эксплуатации трубопроводов.
1. Способ определения пульсаций давления в месте повреждения исследуемого объекта реализуется следующим образом:
а. При фиксированном расположении датчиков 2,3,4..., измеряют фоновые, акустические, тепловые шумы и помехи.
б. Определяют вид волны (излучения) звукового давления, исходящего из исследуемого объекта I. Известно, что звук возникает тогда, когда среда динамически возмущена. Быстрое возмущение среды плотностью ρ, скоростью частиц Vx и температурой Θ влияет на звуковое давление Р. Теплоноситель и объект исследований имеют сравнительно низкую теплоемкость, распространение звука очень близко к адиабатическому даже на низких частотах. Звуковое давление является зависимым от плотности теплоносителя. В звуковом потоке плоские и цилиндрические волны возникают вблизи источников звуков x1, ..., хn и излучают звуковую энергию N1, ..., Nn во всех направлениях и на больших расстояниях от источников х1...,хn и все звуковые волны превращаются в сферические. С учетом вышесказанного используют известное волновое уравнение в сферических координатах как:

где С - скорость распространения звука; t - текущее время; ф - потенциал скорости. Волновое уравнение при сферическом распространении звука имеет вид:
rФ=f1(ct-r)+f2(ct+r)
где f1(ct-r) - волна, выходящая из источника и бегущая в интересующем нас положительном направлении оси 2. Поскольку нас интересуют расходящиеся от источника волны, то звуковое давление определяют как:
где f' - производная от f=ct-r, тогда f'=С.
Из результатов известного решения определяют основные параметры в случае гармонических излучений и имеют давление

скорость частиц в ближнем и дальнем полях как:


где Ро - постоянная амплитуда давления; ω- угловая частота; ρ- плотность среды; к - волновое число. (Е. Скучик. Простые и сложные колебательные системы. Изд-во "Мир", М., 1971, глава 12. Сферические волны, стр.396-399, фиг. 12.3). Из уравнения Vближ. cлeдyет, что скорость частиц в ближнем поле отстает по фазе на 90o от давления и представляет собой звуковое поле.
Плотность газа (воздуха) ρ в зависимости от температуры и атмосферного давления Ра определяют как:

где Ра - давление, мм рт.ст.; абсолютная температура,oК:
Плотность воздуха при температуре 0oС и давлении 760 мм рт.ст. равняется ρ=1,2929 кг/м3.
Длину волны определяют как расстояние, которое пройдет бегущая волна за один период колебаний: λ = cT = c/f = 2πc/ω, где f - частота распространения волны. Волновое число определяют через длину волны как: к = ω/c = 2πf/c = 2π/λ.
Далее показывают, что на распространение звукового давления влияют теплоемкость Ср воздуха при постоянном атмосферном давлении Pa и при постоянном объеме Сv и температуре (при атмосферном давлении Ра=105Па, температуре 0oC, Ср=0,2398 кал/гoС и отношении теплоемкости j=Cp/Cv=1,4032, при увеличении температуры 100oС Ср-0,2404 кал/гoС, j=1,401; 400oС - Ср=0,24330 кад/гoС, j=1,993). Влияние вязкости на распространение звукового давления в воздухе выражают через кинетический коэффициент вязкости V. Для воздуха этот коэффициент V=0,151см2/С при 18oС и атмосферном давлении 760 мм рт.ст. Коэффициент теплопроводности водяного пара 100oС составляет 0,0551•10-3 кал/см с. рад. (Л. Беранек. Акустические измерения. М., 1952, глава I, с. 7-17. табл.1-9).
Зависимость изменения плотности воздуха ρ от барометрического давления линейна и с ростом давления ρ возрастает, а при увеличении температуры плотность воздуха падает. При изменении температуры от +30 до +300oС и давлении 760 мм рт.ст. определяют изменение плотности воздуха ρ 30oС=1,116 кг/м3; ρ 300oС= 0,615 кг/м3. Скорость распространения звука для малых амплитуд звука определяют формулой

где j= 1,403 (при Pa=105Па и Θ=0oС). Если температура сильно отличается от 20oC, то более точную оценку дает формула

в. Измеряют звуковое давление датчиками 2,3,4..., определяют вид волны, излучаемой из точки повреждения исследуемого объекта (ИО) (фиг.1б). Допускают, что размеры ИО и отдельные размеры повреждения на поверхности ИО, по которой распространяются волны звукового давления, будут малы по сравнению с длиной волны, причем давление на выходе отрезка ИО сечением S=const, т.е. на входе ее продолжения и на выходе площадь ИО не изменяется (фиг.1б). При этом в точках повреждения под действием падающей волны возникает отраженная проходящая волна давления и колебательные процессы в импендансе zσ, на поверхности ИО возникают течи в точках х1, ..., х2, ..., xn. Согласно фиг.1б имеют давление и скорость падающую волну


давление и скорость отраженную волну


давление и скорость проходящую волну
Pt про = Pотрcos(ωt-кr);

волну, проходящую в местах повреждений (разветвлений), имеют давление и скорость


В точках повреждений х1= 0,х2=0, х3=0....,хх=0 течи излучают давление непрерывно, т. e. Pi пад+Pr отр+Pt проx.= Pσ. При этом в местах повреждения ИО отсутствуют перепады давления в связи с отсутствием таких акустических повреждений, как упругого или инерционного импенданса, и объемная скорость распространяется в звуковой волне непрерывно.
Далее звуковое давление Pσ течи, преобразованное в электрический сигнал согласуют в усилителе заряда, усиливают в усилителе напряжения и подают на индикатор для дальнейшего анализа.
2. Определяют взаимодействие между источниками излучения звукового давления течи поступающие на входы датчиков 2,3,4....:
а) Направляют датчики 2,3,4... в предполагаемые места течей и выбирают расстояние R между датчиками таким, чтобы отсутствовало взаимодействие между давлением. При этом каждый датчик регистрирует давление течи
б) В стадии эксплуатации возникают течи (повреждения) между точками x1, x2, x3, ..., xn и расстояние между ними R становится таковым Rx, что источники звука течи взаимодействуют между собой. При этом воспользуемся тем, что основные уравнения звукового поля линейны, тогда давление течи является давлением, создаваемым одним из пары течи источников, а давлением, создаваемым другим источником течи. При этом на входы датчиков поступают попарно из двух течей или Согласно правилу суммирования мощностей получают, что полная мощность звука не равна сумме мощностей излучения каждого из источников течей, а пропорциональна величине



где через Re обозначена действительная часть P = α+jβ; P* = α-jβ. Взаимодействие между двумя соседними источниками течей характеризуют как Чтобы из каждого источника звука течи регистрировать давление в отдельности без влияния друг друга, два источника звукового давления течи, возникающего из-за повреждения ИО, должны быть некогерентны. В случае возникновения течи в одной из точек, т.е. датчик показывает значение давления течи
При этом воспользуемся тем, что излучение звукового давления из двух источников не взаимодействуют, если расстояние R>>Rx, где R≥1/6λ. Тогда количество (число) контролируемых точек течей или количество датчиков выбирают из соотношений где L - длина ИО. Это условие обеспечивают так. В точке х1 располагают источники звукового давления (в частности, электродинамик) на расстоянии d от датчика 2 и задают ожидаемое контролируемое давление Pσ. При этом датчик 3 удаляют от датчика 2 на расстояние R и в этом положении на выходе датчика 3 от воздействия источника регистрируют сигнал, равный нулю, т.е. В этом положении одновременно градуируют измерительный канал и определяют коэффициенты преобразований. Аналогичным образом поступают с другими источниками, т.е. располагают источник звука в точке x2 и определяют места расположения датчика 4, и т.д.
Как правило, допустимое соотношение между прямыми и отраженным сигналами, чтобы можно было пренебречь влиянием отраженного сигнала, должно быть не меньше 10:1. При этом, чтобы определить расстояние между течей и отражателей от местных предметов d1 и течи и датчиками d2, чтобы не было влияния отраженным сигналом, величину d1 выбирают как: d1≈5÷6d2.
3. Определяют расположение датчиков относительно источников течей d в точках х1, х23,...хn. Пользуются тем, что в пределах небольших расстояний звук распространяется по закону сферической волны или звуковое давление изменяется обратно пропорционально расстоянию. Кроме того, расстояние d между источниками течей звука (в точках x1,x2,...xn ) и датчиками 2,3,4 выбирают значительно меньше, чем расстояние d1 между источниками течей звука и отражающими предметами 5. В этом случае измеряют полезный сигнал течей больше, чем отраженный сигнал от местных предметов 5 (фиг.1).
Практически допустимое значение между датчиками и источниками течей звука d выбирают также таким, чтобы контролируемые звуковые давления течи в месте повреждения ИО отличались от отраженных сигналов, помех и фоновых шумов на ~20-30 дБ (~ в 6,3...9,9 раз). Предполагают, что в местах повреждения ИО возникают "точечные" источники течей звука, создающие сферическую волну, и место нахождения датчика на расстоянии d должно быть таким, чтобы кривизна фронта падающей волны течи была незначительной. Это условие выполняют, если расстояние между датчиками и источниками звука течи выбирают (2π/λ)d>>2. Чтобы не было отражения от датчиков, величину d выбирают больше максимального размера датчика D (фиг.1). При этом для сохранения направленного действия датчика величину d выбирают как d≥2D2/λ. В этом случае выбирают расстояние d2 между датчиками и отражателями намного больше, чем расстояние d между источниками звука и датчиками. Это позволяет исключить отражения или реверберации от местных предметов и помещения на расстояние d2.
4. В случае, когда практически невозможно обеспечить условие d2>>d, возникает эффект реверберации в помещении от местных предметов и вызывает помехи, тогда источник повреждений, являющийся источником излучения звука, возмущает акустическое поле в помещении, состоящее из контролируемых звуковых давлений (измеряемых) и многократно отраженных или реверберационных звуков. Реверберационные шумы прежде чем достигают датчиков, проходят бесконечное число случайных отражений от помещения и местных предметов.
а) На основании статической теории звукового поля в замкнутом небольшом помещении определяют зависимость среднего квадрата звукового давления течи ИО на расстоянии d от датчиков как:



где - значения средних квадратов звуковых давлений и течей прямых и отраженных звуков; ρ- плотность среды; N - мощность источника звука; к = αсрS/(1-αср) - постоянная помещения; αср- средний коэффициент поглощения в помещении; S - площадь ограничивающих поверхностей помещения; αсрS - поглощение помещения; С - скорость звука; Dn, Dm - значения факторов направленности источников звука и датчиков давления. При этом с целью облегчения рассматриваемой задачи пользуются тем, что все источники повреждений ИО имеют одинаковую мощность N1= N2= N3= ...=Nn; и все перечисленные параметры K, Dn, Dm - одинаковые для каждого контролируемого места повреждения. Из последнего уравнения получают, что средний квадрат звукового давления течи в прямом поле излучений - функция от расстояния d определяется как:

уменьшается обратно пропорционально d2 и является функцией от направленности источников звука течи и датчиков. Средний квадрат отраженного давления течи в отраженном звуковом поле определяют как:

который зависит от акустического качества помещения и является определением отраженного и реверберационного фонового шума.
В качестве параметра акустического поля выбирают акустическую энергию Q в местах повреждений, т. е. источников звука течей ИО. Для этого используют известное акустическое отношение:

где
Величину do называют радиусом помещения, при котором при равных между собой уровне звукового давления поля прямых звуковых Lпря и поле отраженных звуковых Lотр волн, имеют показывающее пропорциональность уровня акустического отношения логарифму относительного расстояния
6) В случае распространения звуков в больших помещениях происходит поглощение звука в воздухе, что приводит к нарушению диффузионноcти поля. При нарушении диффузионности поля статическая теория поля замкнутых небольших помещений непригодна для больших помещений. Для больших помещений с учетом поглощения звука в воздухе средний квадрат звуковых давлений прямого и отраженного звука течи в зависимости от радиуса и условий помещения определяют как:



где m - коэффициент поглощения воздуха, который зависит от частоты и относительной влажности; V - объем помещения; S - площадь помещения; dо - радиус помещения; ϕ- азимутальный угол; Θ- угол возвращения, выражающий отношение интенсивности звука в заданном направлении (ϕ,Θ) к интенсивности, которую измеряют на том же расстоянии для направленного источника с той же самой мощностью N.
В случае больших и небольших помещений, когда do=d, это расстояние рассматривают как переходную точку между зонами поля прямого и отраженного полей (Методика и техника акустических измерений в аэродинамических трубах. Обзоры, рефераты по материалам открытой зарубежной печати. Изд-во ОНТИ ЦДГИ, 1980, стр.19-21, 2-2. Отраженный и реверберационный шум помех).
С учетом отражения от местных предметов и стенок помещения в замкнутых небольших и больших помещениях на входы датчиков поступают средний квадрат давления течи, равный сумме прямых и отраженных давлений как:
Таким образом, при определенном расположении датчиков измеряют величину звукового давления течи, его спектральную характеристику. С помощью этих двух параметров определяют состояние работоспособности ИО, нормальное или тревожное положение.
Принцип работы устройства. При возникновении повреждения ИО в точках x1, x2, . . .,xn (фиг.1) возникают непрерывные источники пульсации давления течи Под действием этих давлений расстояния между обкладками емкостных датчиков 2,3,4 изменяются. В результате прогиба мембраны изменяются начальные емкости емкостных датчиков C, приращение емкости ΔC и относительное изменение емкости Напряжение поляризации датчиков поступает от источника поляризации 13. Напряжение на выходе датчиков, пропорциональное приращению и напряжению поляризации. Затем этот сигнал согласуют усилителями заряда 6,7,8, усиливают в нормирующих усилителях 9,10,11 и подают в обработку на индикатор 12.
С этой целью в ЦАГИ был изготовлен макет устройства дли измерения пульсаций давления течи. В качестве согласующего усилителя был использован усилитель заряда. Далее сигнал усиливался усилителем напряжения в диапазоне частот от 300 Гц до 20 кГц. Уровень измеряемых фоновых шумов 103 мкПа в диапазоне частот от 20 до 100 Гц. При испытаниях высокотемпературных кабель КНМС был взят необходимой максимальной длины 44 м; емкость кабеля 33000-40000 пФ.
Зависимость относительного уровня звукового давления ΔL(d), нормированного к уровню излучаемого направленным источником мощности от расстояния d между датчиками и источниками, показана на фиг.2, где сплошные линии для направленного датчика (Dm=1) при различных значениях постоянной помещения К; пунктирные кривые для К=500 при различных значениях индекса осевой концентрации направленного датчика Dm. Расстояние d=do можно также определить из графиков, фиг.2. Каждая кривая асимтотически приближается к уровню характерного реверберационного звука для данной величины полного поглощения. Если полное поглощение известно, пересечение соответствующей горизонтальной асимптоты ревербирующего уровня и линии - 6 дБ на удвоение расстояния поля прямого звука будет определять величину do. Поскольку поля прямого и отраженного звука равны по интенсивности в точке их пересечения, уровень полного звукового давления на расстоянии радиуса помещения будет на 3 дБ больше ожидаемого уровня на том же расстоянии при отсутствии отражений. На фиг.2 также видно, что увеличение радиуса помещения может быть достигнуто либо путем увеличения постоянной помещения с помощью звукопоглощающей облицовки стен помещения, либо путем использования остронаправленных емкостных датчиков пульсации давления.
На фиг. 3 имеют мощность звука, излучаемого каждым из двух одинаковых точечных источников (пунктирные кривые) и линейных источников (сплошные кривые) в зависимости от расстояния между ними; a - источник колебания в фазе; δ- источник, колеблющийся в противофазе. На фиг.3 представлена частотная зависимость отношения N2/N3. При Кd > 1 имеют N2≈N3. Таким образом, два источника звука не взаимодействуют, когда расстояние между ними превышает 1/6λ. Сходный результат получают для звуковой мощности излучения двух параллельных линейных источников. Расчет дает здесь выражение N2=N3[1±Jo(kd)], где J - функция Бесселя нулевого порядка (фиг.3). Также известно, что вблизи твердой границы и источников звука возникает вихревой слой, но этот граничный слой чрезвычайно тонок (меньше 0,001 мм в воздухе на частоте 1000 Гц).
Формула изобретения: 1. Способ измерения звукового давления течи, в котором на мембране емкостного датчика создают давление течи, затем преобразуют давление в электрический сигнал, усиливают его, обрабатывают, запоминают, регистрируют, отличающийся тем, что в нем датчики устанавливают от поверхности исследуемого объекта на заданном расстоянии d, расстояние между датчиками R выбирают таким, чтобы они между собой не взаимодействовали, при этом датчики измеряют фоновые акустические шумы и помехи, в случае возникновения течи на поверхности исследуемого объекта в точках x1, x2, . . . , xn датчики измеряют давление течи возникающее в этих точках, затем в условиях эксплуатации при возникновении других течей в точках на расстояниях между течами Rx<R, при этом каждым датчиком в отдельности измеряют суммарное давление попарно двух течей как: датчик 2 измеряет датчик 3 измеряет или причем при наличии отражения от местных предметов на расстоянии d между отражающими предметами и течами, являющимися источниками звука течей в замкнутом небольшом и большом помещениях, датчиками измеряют сумму среднего квадрата прямых и отраженных звуковых давлений течи затем по уровням звукового давления течи и его спектральным характеристикам оценивают состояние исследуемого объекта - нормальное или тревожное.
2. Устройство для измерения звукового давления течи, содержащее емкостные датчики звукового давления, выход которых соединен со входами согласующих усилителей заряда, а их выходы через усилители напряжения соединены со входами индикатора, отличающееся тем, что в нем выходы источника поляризации соответственно соединены со входом индикатора, согласующих усилителей и усилителя напряжения, причем расстояние d между источниками звука-течи и датчиками выбирают больше или равное d≥2D2/λ, где D - максимальный размер датчика, λ - длина волны течи, причем расстояние между источниками звукового давления течи и отражающими предметами равно d1≈5÷6d2, при этом расстояние между датчиками и отражателями d2 также намного больше расстояния d, расстояние между датчиками R≥1/6λ, причем количество датчиков или контролируемых точек по всей длине объекта равно где L - максимальная длина контролируемого исследуемого объекта.