Пристрій аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль

Реферат: UA 76745 U UA 76745 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв дослідження характеристик звукового поля непрямими методами і може знайти застосування при моделюванні процесів поширення звукових хвиль на території міста з метою дослідження її зашумованості промисловим, транспортним і іншим шумом й при моделюванні процесів поширення звукових хвиль усередині приміщень з метою прогнозування їхнього шумового режиму з метою архітектурної акустики. Відомий пристрій аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль усередині приміщення, що містить імітатор звукового випромінювання, що складається з точкового і уявного джерел світла, і блок реєстрації з блоків фотодіодів зі світлодіодами для установки на точкового і уявного джерел світла, а також поверхні, що відбивають світло [АС № 1019480 СРСР, МКИ G09В 23/14. Опубл. 1983]. Моделювання процесу поширення звукової енергії здійснюється поширенням світлової енергії, причому у видимому діапазоні довжин світлових хвиль, а вимір її величини в контрольованих точках моделі приміщення відбувається шляхом реєстрації освітленості. Недоліком даного пристрою є низька вірогідність даних. Найближчим аналогом є пристрій візуалізації картини зашумованості міської забудови, який містить моделі джерел звукової енергії у вигляді джерела світла, модель міської забудови і блок оцінки енергії, що розподіляється у вигляді фотографічної платівки, причому масштаб виготовлення моделі вибраний, виходячи із співвідношення подібності між відношеннями довжин хвиль та лінійних розмірів у моделі та в натурі [Патент України № 20369; Пристрій візуалізації картини зашумованості міської забудови / Сафонов В.В., Захаров Ю.І., Абракітов 6 В.Ε. ΜΠΚ G01H 9/00. Опубл. 15.07.97]. Недоліком відомого пристрою [Патент № 20369 (Україна). Пристрій візуалізації картини 6 зашумованості міської забудови/ Сафонов В.В., Захаров ЮЛ., Абракітов В.Ε. - ΜΠΚ G01Η 9/00. Опубл. 15.07.97] є складність, велика тривалість і висока трудомісткість одержання фотографічних відбитків, неможливість одержання цілком аналогічних один одному копій того самого експерименту, практична неможливість безпосереднього введення даних моделювання в комп'ютер. В пристрої-аналозі потрібно здійснити фотографічну обробку отриманого зображення: для чого потрібно витягти фотоплатівку; проявити її, закріпити (з дотриманням відомих у фотографії способів недопущення засвітлення фотовідбитка: тобто такі роботи проводяться в темряві чи при світлі спеціальної червоної лампи). Задачею корисної моделі є розширення області застосування пристрою аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль і підвищення вірогідності такого моделювання за рахунок удосконалювання блока оцінки енергії, що розподіляється, на території об'єкта. Це дозволяє здійснити спектральний аналіз енергії і, таким чином, одержати якісні і кількісні параметри, які характеризують цей розподіл випромінювання на території об'єкта. Поставлена задача вирішується тим, що у пропонованому пристрої аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль, який містить моделі джерел звукової енергії у вигляді джерел світла, модель міської забудови і блок оцінки енергії, що розподіляється, причому масштаб виготовлення моделі вибраний, виходячи із співвідношення подібності між відношеннями довжин хвиль та лінійних розмірів у моделі та в натурі, згідно з корисною моделлю, моделі джерел звукової енергії являють собою джерела електромагнітного випромінювання у вигляді радіохвиль, а блок оцінки енергії, що розподіляється, являє собою приймач електромагнітного випромінювання у вигляді радіохвиль. Використання енергії електромагнітних хвиль як моделюючого випромінювання у діапазоні радіочастот дозволяє значно розширити діапазон можливих масштабів лінійних розмірів при побудові моделі на відміну від вкрай обмеженого діапазону масштабів лінійних розмірів у пристрої-прототипі, з можливістю дотримання відомих вимог подібності при моделюванні, за рахунок чого значно розширюється область застосування пристрою і збільшується вірогідність результатів моделювання з його застосуванням. Радіочастоти являють собою частоти електромагнітних коливань, що займають діапазон, який частково перекривається у верхній частині з діапазоном інфрачервоних (далі - ІЧ) частот, у нижній - з діапазоном електричних коливань звукової частоти. Відповідно до міжнародного регламенту радіочастоти поділяються на 9 діапазонів з №№ 4-12 і охоплюють смугу 3 кГц0,1 мм). Тому неважко підібрати серед них необхідну смугу частот, виходячи з масштабів наявної моделі досліджуваного об'єкта, щоб дотримати вимогу подібності, що полягає в забезпеченні рівності відносин лінійних розмірів до довжин хвиль у моделі й у натурі, і те, що виражається в зміні частоти моделюючого випромінювання стосовно частоти натурного випромінювання зворотно пропорційно масштабу лінійних розмірів моделі. 1 UA 76745 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Незважаючи на різну природу, усі хвилі підкоряються загальним закономірностям, реалізують при поширенні зовсім аналогічні між собою явища дифракції, інтерференції, відбиття і т.п., і правомірність використання радіохвиль для моделювання звукових хвиль не викликає сумніву, тим більше, що в прототипі звукові хвилі заміняються світловими видимого діапазону. Енергетичною характеристикою електромагнітного полю є його напруженість, що буде різною в різних точках моделі і визначається саме особливостями хвильових процесів (інтерференція, дифракція і т.п.). Отже, кількісно оцінити розподіл енергії, що моделюється, в різних місцях контролю на моделі можна шляхом виміру напруженості. Джерело звуку на моделі імітується джерелом радіохвиль відповідної радіочастоти, підібраної з урахуванням зазначеної вимоги подібності, а саме радіопередавачем, тобто пристроєм для одержання модульованих електричних коливань. При цьому радіопередавач, окремі вузли якого, такі як генератор і модулятор, джерела електроживлення і т.п., мають великі лінійні розміри, непорівнянні з масштабом лінійних розмірів, у якому виготовлена модель досліджуваного об'єкта, може бути віднесений від цієї моделі, на якій установлюється лише передавальна антена, що виконана у відповідному масштабі і має характеристику спрямованості, що відповідає джерелу звуку в натурі. Вимір напруженості електромагнітного поля роблять радіокомпаратором, принцип дії якого заснований на порівнянні перемінної електричної напруги в приймальній антені з еталоном. Пропонована конструкція пристрою аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль на території міста приведена на наведеному кресленні. На кресленні показані: І, II, III, … IX - контрольні місця (РТ) на моделі міської території, і пристрій аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль на території міста. Пристрій має у своєму складі наступні частини: 1 - змінна модель міської території з моделями споруджень; 2 - модель джерела звуку у вигляді джерела ІЧ випромінювання або випромінювання в діапазоні радіохвиль; 3 - блок живлення; 4-10 - блок реєстрації і виміру розподілу енергії, що моделюється, в складі: 4 - датчик ІЧ-випромінювання (тензорезистивний пірометричний перетворювач); 5 перетворювач (наприклад міст зі статичним зрівноваженням); 6 - підсилювач; 7 - система фільтрів; 8 - селектор фільтрів; 9 - вимірник; 10 - блок індикації (дисплей). Пристрій працює в такий спосіб. На моделі досліджуваного об'єкта 1, виготовленого з дотриманням вимог подібності, з урахуванням деталей натури (особливостей рельєфу місцевості і міської забудови наприклад) встановлюють у необхідних місцях джерела ІЧ - випромінювання (або випромінювання в діапазоні радіохвиль) 2, використовувані як моделі джерел звуку, причому АЧХ цих джерел моделюють АЧХ натурного звукового випромінювання. У необхідному місці контролю (у РТ І, II, III, … IX) установлюють датчик 4 задля прийому ІЧ-випромінювання (або випромінювання в діапазоні радіохвиль). Може бути використаний такий єдиний датчик 4, що здійснює сканування усього полю разом. Включають блок живлення 3 пристрою. Оскільки спектральні характеристики й інтенсивність (опромінення) в місцях контролю ІЧ-випромінювання (або випромінювання в діапазоні радіохвиль) на моделі аналогічні акустичним характеристикам у натурі, ІЧ-випромінювання (або випромінювання в діапазоні радіохвиль) поширюється на моделі з дотриманням хвильових явищ, характерних для звуку (інтерференція, дифракція і т.п.), що однакові для хвиль будь-якої природи, датчик 4 буде фіксувати опромінення ІЧвипромінюванням (або випромінюванням в діапазоні радіохвиль), що відповідає інтенсивності звуку в місці контролю. Прийнятий сигнал від датчика 4 надходить на перетворювач 5, що забезпечує формування електричного сигналу, пропорційного інтенсивності енергії, що моделюється: (опромінення в місці контролю). З виходу перетворювача 5 електричний сигнал подається на вхід підсилювача 6, з виходу якого надходить на систему фільтрів 7, що забезпечують виділення із широкосмугового сигналу необхідні спектральні складові, відповідні спектральним складовим звуку, обумовленим нормативними документами для контролю рівнів звукового тиску. Так, наприклад, фільтр 71 забезпечує виділення сигналу, аналогічно триоктавній смузі звукових частот 31.5 Гц, фільтр 72 - аналогічно до смуги звукових частот 40 Гц і т.д. За допомогою селектора фільтрів 8 здійснюється підключення виходу кожного з фільтрів до входу вимірника 9. Обмірювана величина представляється блоком індикації 10, тарованим у dB re 1 2 pW/m . 2 UA 76745 U 5 10 Таким чином, наявність серед елементів пристрою системи фільтрів з селектором, що забезпечує вибір необхідного фільтра, дозволяє здійснювати спектральний аналіз випромінювання, що моделюється, оскільки загасання у визначених смугах частот може бути більше, ніж в інші. Після фіксації результатів виміру датчик 4 переміщається в наступне місце контролю, наприклад РТ II, III, … IX і т.д. Отриману в ході модельних експериментів інформацію вносять у комп'ютер. На її базі можуть бути створені так звані карти шуму, що описують розподіл акустичного забруднення на території міста. Таким чином, застосування пропонованого пристрою аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль дозволяє здійснити спектральний аналіз енергії і, таким чином, одержати якісні і кількісні параметри, котрі характеризують цей розподіл випромінювання на території об'єкта, що розширяє область застосування пристрою аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль і підвищує вірогідність моделювання. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Пристрій аналогового моделювання процесів розповсюдження звукових хвиль, який містить моделі джерел звукової енергії у вигляді джерел світла, модель міської забудови і блок оцінки енергії, що розподіляється, причому масштаб виготовлення моделі вибраний, виходячи із співвідношення подібності між відношеннями довжин хвиль та лінійних розмірів у моделі та в натурі, який відрізняється тим, що моделі джерел звукової енергії являють собою джерела електромагнітного випромінювання у вигляді радіохвиль, а блок оцінки енергії, що розподіляється, являє собою приймач електромагнітного випромінювання у вигляді радіохвиль. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3