Кафедра ракетно-космической техники и энергетических систем

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра ракетно-космической техники и энергетических систем

Группа ЭМС-12з

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Тема: исследование скорости звука в различных средах

Выполнили студенты	гр. ЭМС-12з
Руководитель работы		___________________

Пермь, 2014

Рис.1 Схема исследования объекта

Цель: исследование скорости звука в различных средах, в стеклопластиковой трубе и кирпичной стене.

Скорость звука в материалах зависит от физико-механических свойств, плотности, температуры

Аккустическое поле в объекте при воздействии импульсной нагрузки формуриует диффузное распространение, так как имеет важное свойство – все звуковые волны в нем некогерентны (не складываются). Это позвляет ввести понятие звукового давления во фронте распространения звуковой волны.

Мощность звуковой волны описывается формулой:

N = 4πf³V / 3c³

Где V – объем трубы, с – скорость звука.

Экспериментально скорость звука может бть вычислена путем измерения времени прохождения импульса по объему от одного датчика до другого, где расстояние между двумя датчиками фиксировано. Если известно время (∆t) импульсного прохождения волнового фронта через определенное расстяние, то можно определить скорость звука в материале или среде, если расстояние поделить на ∆t.

В лабораторной работе используются:

1. Измерительно-диагностический комплекс «Камертон»

2. Виброакустические датчики ВК-310А

3. Материалы – труба, кирпичная кладка, рулетка.

Методика проведения исследований

1. Отмерить расстояние 3, 4, 5, 6 метров. В выбранных точках установить датчики.

2. Включить прибор.

На установочной поверхности вибропреобразователя недопустимо наличие внешних загрязнений.

Для отметки дефектных областей использовать, клейкую ленту и т.п. не повреждающие её поверхность.

На участке контроля должны находиться стол (при необходимости – поворотный), подставки, тележки или приспособления другого типа для контроля деталей, подставки для размещения прибора, контролируемых деталей, вспомогательных принадлежностей.

Провести визуальный контроль соединительных кабелей, фиксатора вибропреобразователей, вибропреобразователи на наличие механических повреждений, проверить заземление прибора.

Для включения прибора нажать клавишу на переносном компьютере. После загрузки операционной системы прибор перейдет в рабочий режим.

Перед началом работы убедиться в полной зарядке аккумулятора для этого установить курсор на значке «Электропитание»в панели быстрого запуска этому должно соответствовать 100%. При зарядке аккумулятора не более 50% необходимо прибор полностью разрядить и поставить на зарядку (не менее 15 часов) через соединительный кабель в электрическую сеть с напряжением от 190 до 230.

Для корректной регистрации сигналов, измерения прибором в процессе зарядки аккумулятора не проводить.

Подсоединить вибропреобразователи к измерительному блоку согласно нумерации каналов.

3. До начала измерений необходимо протестировать прибор для этого на рабочем столе запустить ярлык программы Камертон-ПАТ. В появившемся окне программы нажать правой кнопкой мыши по вкладке «Камертон» в всплывающем меню выбрать пункт «Добавить». В диалоговом окне «Новый элемент»выбрать предприятие и прописать имя элемента структуры (название предприятия) и нажать клавишу «Добавить». В появившемся элементе «Предприятие» в базе программы добавить «Подразделение» или«Объект».

4. Произвести замер.

Нажать правой кнопкой мыши по «Замер от ХХ.ХХ.ХХ» в всплывающем меню выбрать «Регистрация сигналов».

Рисунок1 - Начало регистрации сигналов.

Примечание. При отсутствии связи между ПЭВМ и АЦП выдается сообщение «Нет устройства в нулевом виртуальном слоте».В этом случае необходимо обратиться к разработчикам данного прибора.

Рисунок 2 - Окно предупреждения.

В окне «Регистрация замера» правой клавишей мыши выделить пункт «Замер от ХХ.ХХ.ХХ»ив всплывающем окнедобавить регистрацию (для корректной диагностики выбрать не менее 4-регистраций). В правой стороне окна «Регистрация замера» убедиться в соответствии количества элементов (вибропреобразователей) с количеством каналов АЦП.

Рисунок 3 - Окно регистрации замера.

Примечание. Замеры производить не более чем за 24 часа после его создания, в противном случае появиться окно «Запись сигнала невозможна, т.к. замер устарел»Для этого необходимо старый замер удалить и создать новый.

Рисунок 4 - Информационное окно.

Отметить пункты

- «Регистрация по порядку элементов» (последовательность нанесения ударов производится автоматически по порядку), если пункт не активен, то по нажатию кнопки «Регистрация» появится окно «Выбор элемента» где необходимо указать номер элемента по которому будет производиться удар.

Рисунок 5 - Окно выбора элемента

- «Автоматическое нормирование удара»(если пункт активен то в случае некорректной регистрации замер автоматически бракуется программой и его следует удалить)

- «Просмотр сигналов после каждого удара»,(если пункт активен то после регистрации программа автоматически выводить график сигнала на экран монитора)

- «Одиночные удары» (если пункт активен регистрация производится по одному удару, возможность изменения порядка сигнала и просмотра сигнала после каждого удара). Открыть дерево «Замер от ХХ.ХХ.ХХ»выделить «Регистрация №» и нажать клавишу «Регистрация»или клавишу«Enter»на клавиатуре.

Примечание. При отсутствии подачи питания на датчики (либо количество используемых датчиков не соответствует количеству используемых каналов АЦП) после нажатия на кнопку «Регистрация» появится окно предупреждения). В этом случае необходимо обратится к разработчикам данного прибора.

Рисунок6 - Окно предупреждения.

Если процесс регистрации сигнала прошел успешно то на экране монитора выводится график сигнала.

Рисунок 7.

Совместить временной сигнал первого со вторым датчиком и найти величину временного смещения второго импульса относительно первого. Эта величина смещения будет временем прохождения волнового фронта между датчиками.

Поделив расстояние между датчиками на величину временного смещения будет определена величина скорости звука в материале. Для датого чтобы получить среднее значение необходимо провести данный измерения несколько раз, не менее 5 раз (на разных расстояниях устанвки датчика).

Среднее значение скорости определяется путем суммирования скорости при испытаниях на количество испытаний.

В качестве исследования влияния материала был проведен 1 опыт с кирпичной кладкой.

5. Результаты исследований.

Стеклопластиковая труба
	Прохождение звука
Расстояние, м	датчик 1	датчик 2	∆t
	1,5241	1,525	0,0009
	0,877	0,88	0,003
	1,037	1,043	0,006
	1,0386	1,0423	0,0037

Находим скорость
Точка	Скорость, м /мс
	3333,333333
	1333,333333
	833,3333333
	1621,621622

Ср.знач.скорости	1780,405405


Стена, кирпич
Расстояние, м	датчик 1	датчик 2	∆t
	0,81	0,9519	0,1419

Находим скорость	6342,494715

Выводы

Проведены исследования скорости звука в стеклопластиковой трубе и кирписной кладке. Показано средняя скорость звука в стеклопластиковой трубе 1780 м/мс, кирпичной кладке 6342 м/мс.