Name: La medición de la presión en superficie inestable con una pinza de micrófono remoto (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: Aprende a construir y calibrar una sonda de micrófono remoto para medir fluctuaciones de presión turbulenta con alta resolución espacial. Este método permite analizar características espaciotemporales en dinámica de fluidos.

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Esta investigación fue posible gracias a la financiación de la Oficina de Investigación Naval con la subvención No. N000141210337, Deborah Nalchajian y Ronald Joslin.

1. Preparación de experimentos <ol><li> Seleccionar un micrófono adecuado para construir la PGR. Use un rango de frecuencia del micrófono dentro de la gama de frecuencias de interés. NOTA: En este experimento, las fluctuaciones de presión entre 100 y 10.000 Hz son de interés. El rango de frecuencia de medición del micrófono seleccionado es de 100 a 10.000 Hz. El tamaño del micrófono debe ser lo más pequeño posible, aunque no existen criterios específicos para el tamaño. </li><li> Estimar la sensibilidad y respuesta de frecuencia del sistema de gestión de refrigerantes usando el método de análisis descrito en el apéndice. Ajustar la sensibilidad y la respuesta de frecuencia de la RMP mediante la variación de las dimensiones de los tubos y estructuras. </li><li> Use un Dremel para cortar el tubo de acero inoxidable de diámetro interior 0,5 mm en un 5,25 cm pieza larga. </li><li> Con unas tijeras, corte el tubo suave de diámetro interno de 1,25 mm en un 4,75 m de longitud pieza. </li><li> Utilizar una fresadora para cortar un pedazo de plexiglás en unacuboides. La longitud, la anchura, y la altura del paralelepípedo deben ser de 2,54 cm, 1,27 cm y 1,27 cm, respectivamente. </li><li> Los taladros con un 0,81, 2, 2,56, y 0,76 mm de diámetro en la base de plexiglás, como se muestra en la Figura 2. </li><li> Use un taladro de la aguja para hacer que la sección cónica de la base de plexiglás, como se muestra en la Figura 2. </li><li> Busque la sensibilidad del micrófono en el manual proporcionado por el fabricante, o calibrar el micrófono utilizando el método introducido por Wong 18. </li><li> Asentar el micrófono en la base de plexiglás, como se muestra en la Figura 2, y fijar el micrófono con epoxi. </li><li> Conectar el tubo de acero inoxidable y el tubo de suave a la base de plexiglás y fijarlas con epoxi. </li><li> Perforar un agujero con un diámetro de 0,81 mm perpendicularmente a la superficie del modelo en la posición de medición. </li></ol> 2. Configuración del Experimento <ol><li> Un montaje al ras de los tubos de acero inoxidable primarios de laSensores RMP a la superficie del modelo y añadir epoxi para fijar los tubos de acero inoxidable a la superficie del modelo opuesto, como se muestra en la Figura 2. </li><li> Rodear la PGR con espuma acústica con el fin de evitar ruidos parásitos contaminen el sistema. </li><li> Ruta todos los cables eléctricos fuera de la sección de prueba del túnel. </li><li> Coloque el tubo de anecoica suave de la sección de prueba del túnel. </li><li> Conectar el extremo del tubo anecoica suave a un transductor de presión con el fin de obtener mediciones de la presión estática media de forma simultánea con la presión inestable. </li><li> Conecte la PGR a un sistema de adquisición de amplificador de bajo ruido y datos. </li><li> Ajuste el factor de ganancia del amplificador a 10. Tenga en cuenta que el valor del factor de ganancia se puede cambiar de un caso a otro. </li></ol> 3. calibración <ol><li> Seleccionar un micrófono de referencia que es de alta calidad y tiene una sensibilidad independiente de la frecuencia. </li><li> Conectar el micro de referenciateléfono a la entrada de un amplificador y conectar la salida del amplificador al sistema de adquisición de datos. </li><li> Conjunto tanto la ganancia de entrada y la ganancia de salida del amplificador de 10 dB. Tenga en cuenta que el factor de ganancia se puede variar bajo diferentes condiciones de medición. </li><li> Insertar el micrófono de referencia en un pistón, como se muestra en la figura complementaria. </li><li> Encienda el pistófono. </li><li> Ajuste la frecuencia de adquisición de 4.000 Hz. </li><li> Establecer el número de muestras a 240.000. </li><li> Adquirir y guardar la salida de voltaje del micrófono de referencia. </li><li> Calcular la constante de calibración del micrófono de referencia. La constante de calibración, C ref, es la relación de la desviación estándar de la presión de sonido pistófono producidos a la desviación estándar de la salida de voltaje del micrófono de referencia. </li><li> Repetir el proceso de calibración (pasos 3.8 y 3.9) varias veces. Utilice el valor medio, C ref, como la constante de calibración. </li> &lt;li&gt; Coloque el micrófono de referencia perpendicularmente a la superficie sólida sobre la que se mide la fluctuación de presión, como se muestra en la Figura 1. </li><li> Alinear el centro del micrófono de referencia con el grifo PGR. Utilice una distancia entre el micrófono de referencia y el grifo PGR de 1 mm. </li><li> Coloque el altavoz en estrecha proximidad con el modelo de prueba. Utilice una distancia entre el altavoz y el micrófono de 2,5 m para estas mediciones. </li><li> Conectar el altavoz a un generador de funciones y encender el generador de funciones. </li><li> Utilice la opción de &quot;ruido blanco&quot; del generador de funciones para proporcionar la señal acústica deseada y ajuste el valor eficaz de tensión cuadrada, V rms, a 0,4 V. </li><li> Ajuste el volumen del altavoz al mínimo. </li><li> Activar el altavoz. </li><li> Ajuste el volumen del amplificador de altavoz tan alto como sea posible sin dañar el altavoz. Tenga en cuenta que la mayoría de los altavoces tienen una luz indicadora para advertir a THe usuario si la amplitud de salida está por encima de la gama de altavoces. </li><li> Adquirir y guardar los datos de series de tiempo de las salidas de tensión tanto el micrófono de referencia y la PGR utilizando una frecuencia de barrido de 40.000 Hz durante 60 segundos. </li><li> Calcular los valores de series de tiempo de la fluctuación de presión de sonido, que se genera por el generador de altavoz y la función y medido por el micrófono de referencia. Esto es simplemente el producto de la salida de tensión de la serie de tiempo desde el micrófono de referencia, <img alt="Ecuación 3" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq3.jpg" /> , Y su calibración constante, <img alt="Ecuación 4" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq4.jpg" /> ; <img alt="Ecuación 5" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq5.jpg" /> . Tenga en cuenta que la presión sonora de series de tiempo, <img alt="Ecuación 6" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq6.jpg" /> , Es también la fluctuación de la presión en el grifo de la PGR. </li><li> Calcular la fluctuación de presión sonora de series de tiempo medido por el micrófono en la PGR una<html> s el producto de la tensión de salida de series de tiempo de la PGR, <img alt="Ecuación 7" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq7.jpg" /> , Y la sensibilidad del micrófono, <img alt="Ecuación 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> ; <img alt="Ecuación 9" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq9.jpg" /> . Tenga en cuenta que la sensibilidad del micrófono, <img alt="Ecuación 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> , Debe ser proporcionado por el fabricante. </li><li> Calcular la densidad de auto-espectral, <img alt="Ecuación 10" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq10.jpg" /> , de <img alt="Ecuación 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . Calcular la densidad de auto-espectral, <img alt="Ecuación 12" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq12.jpg" /> , de <img alt="Ecuación 13" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq13.jpg" /> . Calcular la densidad espectral cruzada, <img alt="Ecuación 14" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq14.jpg" /> , Entre.jpg &quot;/&gt; y <img alt="Ecuación 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . Las densidades de auto-espectral y la densidad espectral cruzada se definen por Bendat y Piersol 19. </li><li> Calcular la función de transferencia como <img alt="Ecuación 15" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq15.jpg" /> . </li><li> Calcular la función de la coherencia como <img alt="Ecuación 16" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq16.jpg" /> , En el que el asterisco representa el conjugado complejo. </li><li> Retire el micrófono de referencia. </li><li> Apagar el generador de altavoz y la función. </li><li> Retire el altavoz. </li></ol> 4. Adquisición de Datos <ol><li> Encienda el túnel de viento. </li><li> Registrar la salida de voltaje de series de tiempo, <img alt="La ecuación 17" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq17.jpg" /> , De la PGR con el sistema de adquisición de datos. Utilizar una frecuencia de barrido de 40.000 Hz. Usar una duración de la adquisición de 64 seg. </li><li> Apague el túnel de viento. </li></ol><ol><li> Calcular la fluctuación de presión sonora, <img alt="La ecuación 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> , Medido por el micrófono en la PGR como <img alt="La ecuación 19" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq19.jpg" /> . </li><li> Calcular la densidad de auto-espectral, <img alt="La ecuación 20" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq20.jpg" /> , De la fluctuación de presión en la superficie como <img alt="La ecuación 21" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq21.jpg" /> , dónde <img alt="La ecuación 22" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq22.jpg" /> es la densidad de auto-espectral de la fluctuación de la presión sonora medida por el micrófono en la PGR <img alt="La ecuación 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> . </li></ol>

<ol><li>Blake, W. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBlake%2C+WK+%22Mechanics+of+Flow-induced+sound+and+vibration%22">Mechanics of Flow-induced sound and vibration</a>. , Academic Press. Orlando, FL. (1986).</li>
<li>Schloemer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+pressure+gradients+on+turbulent-boundary-layer+wall-pressurefluctuations%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Effects of pressure gradients on turbulent-boundary-layer wall-pressurefluctuations.</a> J Acoust Soc Am. 42 (1), 93-113 (1967).</li>
<li>Willmarth, W., Wooldridge, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+fluctuating+pressure+at+wall+beneath+a+thick+turbulent+boundary+layer%5BTitle%5D)+AND+%22J+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Measurements of fluctuating pressure at wall beneath a thick turbulent boundary layer.</a> J Fluid Mech. 14 (2), 187-210 (1962).</li>
<li>Gautschi, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGautschi%2C+G+%22Piezoelectric+Sensorics%3A+Force%2C+Strain%2C+Pressure%2C+Acceleration+and+Acoustic+Emission+Sensors%2C+Materials+and+Amplifiers%22">Piezoelectric Sensorics: Force, Strain, Pressure, Acceleration and Acoustic Emission Sensors, Materials and Amplifiers</a>. , Springer. Berlin. (2002).</li>
<li>Blake, W. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBlake%2C+WK+%22A+statistical+description+of+pressure+and+velocity+fields+at+the+trailing+edges+of+a+flat+strut%22">A statistical description of pressure and velocity fields at the trailing edges of a flat strut</a>. , David W. Taylor Naval Ship Research and Development Center. Report 4241 (1975).</li>
<li>Huettenbrink, K. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHuettenbrink%2C+KB+%22Lasers+in+Otorhinolaryngology%22">Lasers in Otorhinolaryngology</a>. , Thieme. (2005).</li>
<li>Bell, J. H., Schairer, E. T., Hand, L. A., Mehta, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Pressure+Measurement+using+Luminescent+Coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Surface Pressure Measurement using Luminescent Coatings.</a> Annu Rev Fluid Mech. 33, 155-205 (2001).</li>
<li>Englund, D., Richards, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+infinite+line+pressure+probe%5BTitle%5D)+AND+%22ISA+Transactions%22%5BJournal%5D)">The infinite line pressure probe.</a> ISA Transactions. 24 (2), 11-19 (1985).</li>
<li>Bergh, H., Tijdeman, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+and+Experimental+Results+for+the+Dynamic+Response+of+Pressure+Measuring+Systems.+NRL+Report+TR+F+238%5BTitle%5D)+AND+%22National+Aero-and+Astronautical+Research+Inst%22%5BJournal%5D)">Theoretical and Experimental Results for the Dynamic Response of Pressure Measuring Systems. NRL Report TR F 238.</a> National Aero-and Astronautical Research Inst. , Amsterdam. (1965).</li>
<li>Perennes, S., Roger, M. Aerodynamic noise of a two-dimensional wing with high-lift devices. 4th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, , Toulouse. (1998).</li>
<li>Leclercq, D., Bohineust, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+and+modeling+of+the+wall+pressure+field+beneath+a+turbulent+boundary+layer+at+low+and+medium+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22J+Sound+Vibrat%22%5BJournal%5D)">Investigation and modeling of the wall pressure field beneath a turbulent boundary layer at low and medium frequencies.</a> J Sound Vibrat. 257 (3), 477-501 (2002).</li>
<li>Franzoni, L. P., Elliott, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+innovative+design+of+a+probe-tube+attachment+for+a+half+in+microphone%5BTitle%5D)+AND+%22JASA%22%5BJournal%5D)">An innovative design of a probe-tube attachment for a half in microphone.</a> JASA. 104, 2903-2910 (1998).</li>
<li>Arguillat, B., Ricot, D., Robert, G., Bailly, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+the+wavenumber-frequency+spectrum+of+wall+pressure+fluctuations+under+turbulent+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Collection+of+Technical+Papers+-+11th+AIAA%2FCEAS+Aeroacoustics+Conference%22%5BJournal%5D)">Measurements of the wavenumber-frequency spectrum of wall pressure fluctuations under turbulent flows.</a> Collection of Technical Papers - 11th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. 1, 722-739 (2005).</li>
<li>Yang, H., Sims-Williams, D., He, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYang%2C+H+%22Unsteady+pressure+measurement+with+correction+on+tubing+distortion.+Unsteady+Aerodynamics%2C+Aeroacoustics+and+Aeroelasticity+of+Turbomachines%22">Unsteady pressure measurement with correction on tubing distortion. Unsteady Aerodynamics, Aeroacoustics and Aeroelasticity of Turbomachines</a>. , Springer. Berlin. 521-529 (2006).</li>
<li>Hoarau, C., Boree, J., Laumonier, J., Gervais, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+wall+pressure+trace+downstream+of+a+separated+region+using+extended+proper+orthogonal+decomposition%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Fluids%22%5BJournal%5D)">Analysis of the wall pressure trace downstream of a separated region using extended proper orthogonal decomposition.</a> Phys Fluids. 18 (5), 055107(2006).</li>
<li>Bilka, M. J., Paluta, M. R., Silver, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+correlation+of+measured+unsteady+surface+pressure+behind+a+backward-facing+step%5BTitle%5D)+AND+%22EXIF%22%5BJournal%5D)">Spatial correlation of measured unsteady surface pressure behind a backward-facing step.</a> EXIF. 56 (2), (2015).</li>
<li>Probsting, S., Gupta, A., Scarano, F., Guan, Y., Morris, S. C. Tomographic PIV for Beveled Trailing Edge Aeroacoustics. 20th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, , AIAA Paper (2014).</li>
<li>Wong, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWong%2C+G+%22Microphones+and+Their+Calibration.+Springer+Handbook+of+Acoustics%22">Microphones and Their Calibration. Springer Handbook of Acoustics</a>. , Springer. (2007).</li>
<li>Bendat, J. S., Piersol, A. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBendat%2C+JS+%22Random+data%3A+analysis+and+measurement+procedures%22">Random data: analysis and measurement procedures</a>. , John Wiley & Sons. New York, NY. 2nd edition (1986).</li>
<li>Goody, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Empirical+spectral+model+of+surface+pressure+fluctuations%5BTitle%5D)+AND+%22Am+Instit+Aero+Astronaut%22%5BJournal%5D)">Empirical spectral model of surface pressure fluctuations.</a> Am Instit Aero Astronaut. 42 (9), 1788-1794 (2004).</li>
<li>Corcos, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resolution+of+pressure+in+turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Resolution of pressure in turbulence.</a> J Acoust Soc Am. 35 (2), 192-199 (1963).</li>
<li>Tijdeman, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+propagation+of+sound+waves+in+cylindrical+tubes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Sound+Vibrat%22%5BJournal%5D)">On the propagation of sound waves in cylindrical tubes.</a> J Sound Vibrat. 39 (1), 1-33 (1975).</li>
<li>Iberall, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Attenuation+of+oscillatory+pressures+in+instrument+lines%5BTitle%5D)+AND+%22J+Res+Natl+Bureau+Stand%22%5BJournal%5D)">Attenuation of oscillatory pressures in instrument lines.</a> J Res Natl Bureau Stand. 45 (1), 85-108 (1950).</li>
<li>Zwikker, C., Kosten, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZwikker%2C+C+%22Sound+Absorbing+Materials%22">Sound Absorbing Materials</a>. , Elsevier. Amsterdam. (1949).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

La medición de USP en experimentos en túneles de viento es necesaria para muchas aplicaciones relacionadas con la aeroacústica y las vibraciones inducidas por el flujo. En comparación con los métodos existentes, como los sensores incrustados empotrados, PSP o membranas vibratorias, el método descrito aquí permite mediciones precisas con una alta sensibilidad a la fluctuación de gran magnitud en un amplio rango de frecuencias. Más importante aún, también proporciona un método para las mediciones de USP utilizando un área ...

El flujo de fluido sobre las superficies generalmente conduce a inestabilidad y turbulencia que da lugar a presión en la superficie inestable (USP). sonido y la vibración inducida por flujo son a menudo un resultado directo de esta inestabilidad. El sonido radiada generada por los ventiladores, hélices y turbinas de viento están dominados por fuentes relacionadas con la USP 1. Las mediciones de las características espaciales y temporales de la USP de flujos turbulentos se requieren en general con el fin de predecir el sonido radiado. La caracterización estadística de USP se da generalmente en forma de densidad de auto-espectral, de dos puntos densidades espectrales transversales, y las funciones de correlación espacial 2, 3. La respuesta de frecuencia requerida puede variar dependiendo de la aplicación. En muchas aplicaciones de túnel de viento, una respuesta de 10 kHz a 20 kHz es suficiente. Las pequeñas escalas de movimiento turbulento a menudo requieren zonas de detección y sensor espaciado que hayan de menos de 1 mm. Exteestudios experimentales nsive se han realizado con el fin de obtener las fluctuaciones de presión de turbulencia inducida. Un método directo utiliza sensores integrados de empotrar. Este método emplea a menudo grandes conjuntos de micrófonos, ya que cada sensor sólo puede medir la fluctuación de la presión en un punto discreto. Sensores típicos utilizados en este método son transductores piezoeléctricos, sugeridos por Gautschi 4. Las matrices de sensores piezoeléctricos pueden ser costosos, y el rango de frecuencia de medida es a menudo menos de 10 kHz. Micrófonos montados en la superficie directos menudo se utilizan como sensores de bajo costo USP 5. Micrófonos tienen una alta sensibilidad, que es un beneficio sustancial para los flujos de baja velocidad. Sin embargo, esto también conduce al riesgo de saturación del sensor cuando grandes fluctuaciones de amplitud de la presión están presentes. Este método no es adecuado para superficies con grandes curvaturas, discontinuidades, o geometrías que son demasiado delgadas para contener todo el sensor. 6. Los movimientos de vibración temporales y espaciales dependientes se miden y se convierten entonces a la superficie de presión estadísticas utilizando propiedades mecánicas conocidas de la membrana. Este método requiere un cuidadoso diseño, la implementación y la calibración precisa de la respuesta dinámica de la membrana. Además, el equipo de medición de vibraciones, como Vibrómetros láser Doppler, son caros. Por último, este método sólo se puede aplicar a superficies planas. Sensible a la presión de pintura (PSP) es otra técnica que se puede utilizar para medir la presión de la superficie inestable. Esta técnica requiere que las superficies a recubrir en un aglutinante de polímero transparente, que hace que las moléculas dentro de ser excitado a un estado de energía más alto, ya que son iluminadas por luz de una longitud de onda específica. Como las moléculas experimentan bloqueo del oxígeno, la energía es rearrendado como la luz a una velocidad proporcional a la presión parcial de oxígeno, dando lugar a luminiscencia que es inversamente proporcional a la presión de la superficie 7. El principal inconveniente de los métodos de PSP es la relativamente baja sensibilidad de la medición, en comparación con micrófonos. Esto limita la aplicación de PSP a relativamente flujos de alta velocidad. La presente comunicación describe un método para USP que utiliza una sonda de micrófono remoto (RMP). Este método fue descrito por primera vez por Englund y Richards 8. El concepto utiliza un micrófono en miniatura estándar que está conectado a la toma de presión de superficie con un tubo hueco. La presión inestable en la superficie del modelo viajará en el tubo en forma de ondas de sonido. El tubo actúa como una &quot;guía de ondas&quot; para permitir que el micrófono, que está montada perpendicularmente a la tubería, para medir las ondas de sonido. Las ondas luego continuar en otro tubo que es lo suficientemente largo para eliminar r acústico de gran amplitudeflections. Englund y Richards aplican un enfoque analítico descrito por Bergh y Tijdeman 9 para determinar la respuesta dinámica de la PGR. Perrenes y Roger 10 utilizan un PGR para medir la presión superficial sobre una superficie de sustentación bidimensional con elementos hipersustentadores. Desarrollaron una sonda con un tubo capilar de diámetro 0,5 mm en la superficie que estaba conectado a un tubo rígido 27 cm de largo que se expandió desde 0,7 mm a 2,5 mm a través de dos cambios de paso separadas. Cada cambio de paso provocó un cambio relativamente grande en la impedancia acústica del tubo. Leclercq y Bohineust 11 estudiaron el campo de presión de la pared debajo de una capa límite turbulenta. Utilizaron un RMP de diámetro constante, según lo sugerido por Franzoni y Elliott 12. Sin embargo, la respuesta dinámica era lo suficientemente alta sólo en un rango de frecuencia limitada. Arguillat et al. 13 diseñado un PGR para estudiar el ruido transmitido al interior de un compartimiento de vehículo. probaronvarios tubos para llevar a cabo la fluctuación de presión a los micrófonos. Yang et al. 14 corrige la distorsión de tubos mediante el uso de un enfoque de función de transferencia de la tubería que es similar al método introducido en este informe. Hoarau et al. 15 estudiaron el trazado de la presión aguas abajo de la pared de una región separada. Los PGR que diseñaron tenían un diámetro interior constante, y el tubo fue completamente no rígida. De acuerdo con estudios previos, la exactitud de las mediciones de presión de la superficie obtenida usando RMP depende principalmente de la determinación de la función de transferencia dependiente de la frecuencia de la sonda que relaciona la presión de la superficie a la presión de micrófono. Las siguientes secciones describen una geometría PGR que es a la vez simple y eficaz. Los métodos experimentales y analíticos serán introducidos y validados con el fin de determinar con precisión la respuesta dinámica de la PGR. El modelo analítico permite un PGR a ser Optimized en la etapa de diseño para un potencialmente amplia gama de aplicaciones. RMP se puede utilizar para medir las fluctuaciones de presión en un amplio intervalo de frecuencias. La resolución espacial relativamente alta puede ofrecer información detallada sobre las características del campo de presión inestable distribuido espacialmente-16. Como la sonda es pequeña, RMP pueden utilizarse para medir las fluctuaciones de presión en geometrías complejas, tales como grandes curvaturas o separación limitada 17. Además, el tubo que conecta el grifo de la superficie y el sensor de micrófono se puede reducir la magnitud de la fluctuación de presión inducida en el micrófono. Por lo tanto, el diseño apropiado de la geometría y los parámetros de sensor RMP se obtiene un método para la obtención de características de la USP, que son significativamente menos restrictivo, en comparación con el montaje empotrado el micrófono directamente a la superficie del modelo. Estructura de la estructura general RMPThe de la RMP se muestra en la Figura 1 </strong&gt;. La RMP consiste en un tubo que va desde la superficie del modelo a una sección de expansión y un segundo tubo que se extiende desde la sección de expansión a una &quot;cuna&quot;. A continuación se conecta un tercer tubo para actuar como una terminación anecoica. La cuna es un componente de plástico mecanizado utilizado para el alojamiento del micrófono y las conexiones de tubo. Los detalles de la estructura de gestión de refrigerantes se pueden ajustar para diferentes condiciones experimentales. El propósito del segundo tubo, de mayor diámetro es permitir que el micrófono relativamente voluminoso y de la cuna a ser colocados más lejos de la punta de la medición de USP sin reducir significativamente la sensibilidad de medición. Este segundo tubo se puede eliminar si no es necesario, y la sección de expansión se puede construir en la base. La terminación anecoica estaba hecha de plástico blando que fue de aproximadamente 2 a 3 m de longitud. Para esta demostración, el diseño de la RMP se ha optimizado para la medición de las fluctuaciones de presión de superficie en virtud de un turbulent capa límite sin un gradiente de presión sentido de la corriente, como se muestra en la Figura 2. El segundo tubo se elimina. Se observaron los efectos de las dos longitudes diferentes del primer tubo. El primer tubo se construyó a partir de acero inoxidable con un diámetro interno de 0,5 mm y un diámetro exterior de 0,81 mm. Las longitudes de la primera tubo fueron 5,35 y 10,40 cm, respectivamente. El diámetro interior de la entrada de la sección de expansión, que se incorpora en la cuna, era 0,5 mm, y el diámetro interior de la salida fue de 1,25 mm, que era idéntico al diámetro interior de la terminación de disipación. El ángulo de la sección de expansión fue de 7 °. Había un agujero en la base con un diámetro de 1,25 mm con el fin de conectar suavemente la sección de expansión con la terminación anecoica. El área de detección se conecta al orificio de 1,25 mm a través de un agujero perpendicular 0,75 mm.

<table><tbody><tr><td>Micrófono</td><td>ACO Pacific (http://www.acopacific.com/)</td><td>7016</td><td>Se utiliza para medir la presión sonora y calibrar el RMP como referencia.</td></tr><tr><td>Micrófono</td><td>Knowles (http://www.knowles.com/eng)</td><td>FG-23629-C36</td><td>Se utiliza para medir la fluctuación de presión como parte del RMP.</td></tr><tr><td>Tubo de microdiámetro</td><td>Saint-gobain (http://www.biopharm.saint-gobain.com/en/index.asp)</td><td>Tygon ND 100-80</td><td>Se utiliza para disipar las ondas sonoras como terminación de disipación.</td></tr><tr><td>Microgrupo de tubos hipodérmicos</td><td>(http://www.microgroup.com/)</td><td>304H21RW</td><td>Se utiliza para conectar la derivación de superficie y permitir que la fluctuación de la presión superficial convecte al micrófono en el RMP en forma de sonido.</td></tr><tr><td>Tubo hipodérmico</td><td>MicroGroup (http://www.microgroup.com/)</td><td>304H14H</td><td>Se utiliza para reducir el efecto disipador y permitir que la fluctuación de la presión superficial convecte al micrófono en el RMP en forma de sonido.</td></tr><tr><td>plexiglás</td><td>Plaskolite (http://www.plaskolite.com/)</td><td>1X76204A</td><td>Se utiliza para fabricar cunas que pueden conectar el tubo y el micrófono para el RMP.</td></tr><tr><td>Chasis de adquisición de datos</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-1006</td><td>Para la adquisición de datos.</td></tr><tr><td>Canal de adquisición de datos</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-4472</td><td>Para la adquisición de datos.</td></tr><tr><td>Generador de funciones</td><td>thinkSRS (http://www.thinksrs.com/)</td><td>DS360</td><td>Para generar señal de ruido blanco.</td></tr><tr><td>Pistónfono</td><td>B& K (http://www.bksv.com/)</td><td>4228</td><td>Para generar ondas sinusoidales con frecuencia constante que se utilizarán para calibrar el micrófono de referencia.</td></tr><tr><td>Altavoz</td><td>Mackie (http://www.mackie.com/index.html)</td><td>HD1531</td><td>Se utiliza para convertir la señal eléctrica de ruido blanco en sonido. Es la fuente de sonido para calibrar el RMP.</td></tr><tr><td>MatLab</td><td>Mathworks (http://www.mathworks.com/)</td><td></td><td>Se utiliza para procesar datos experimentales.</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td></td><td>Utilizado para controlar el hardware para la adquisición de datos y registrar los datos.</td></tr></tbody></table>

la medición de la presión en superficie inestable con una pinza de micrófono remoto

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Los micrófonos se utilizan ampliamente para medir las fluctuaciones de presión en las paredes de cuerpos sólidos inmersos en flujos turbulentos. Los movimientos turbulentos con varias escalas de longitud características pueden dar lugar a fluctuaciones de presión en un amplio rango de frecuencias. Esta propiedad de turbulencia requiere que los dispositivos de detección tengan suficiente sensibilidad en una amplia gama de frecuencias. Además, las pequeñas escalas de longitud características de las estructuras turbulentas requieren áreas de detección pequeñas y la capacidad de colocar los sensores muy cerca unos de otros. Las complejas geometrías de los cuerpos sólidos, que a menudo incluyen grandes curvaturas o discontinuidades de la superficie, requieren que la sonda tenga la capacidad de instalarse en espacios muy limitados. En la presente comunicación se describe el desarrollo de una sonda de micrófono remoto, que sea económica, consistente y repetible. Permite la medición de fluctuaciones de presión con alta resolución espacial y respuesta dinámica en una amplia gama de frecuencias. La sonda es lo suficientemente pequeña como para ser colocada dentro del interior de los modelos típicos de túnel de viento. La sonda de micrófono remoto incluye un tubo pequeño, rígido y hueco que penetra en la superficie del modelo para formar el área de detección. Este tubo se conecta a un micrófono estándar, a cierta distancia de la superficie, mediante una unión en "T". Se introduce un método experimental para determinar la respuesta dinámica de la sonda de micrófono remoto. Además, se describe un método analítico para determinar la respuesta dinámica. El método analítico se puede aplicar en la etapa de diseño para determinar las dimensiones y propiedades de los componentes RMP.

resultados de la calibración de dos diseños representativos de RMP se muestran en esta sección. El primero utiliza un tubo primario de 5,35 cm, y la segunda utiliza un tubo primario 10.4 cm. Las terminaciones disipativas son 4,75 m de largo, tanto para los RMP. La coherencia entre las fluctuaciones de presión medidos por el micrófono en la RMP y por el micrófono de referencia se muestra en la Figura 3. Los dat...

Aquí, presentamos un protocolo para medir, con alta resolución espacial, la presión superficial inestable en flujos turbulentos. Este método demuestra la construcción de una sonda de micrófono remoto (RMP) y la determinación de su función de transferencia compleja dependiente de la frecuencia. Se presenta y valida una determinación analítica de la respuesta dinámica.

La medición de la presión en superficie inestable con una pinza de micrófono remoto

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

El objetivo general de este método experimental es realizar mediciones de alta resolución espacial de las fluctuaciones de presión inducidas por la turbulencia sobre superficies de cuerpos sumergidos en flujos de fluidos. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la dinámica de fluidos, la aeroacústica y las vibraciones estructurales inducidas por el flujo, como las características espaciales y temporales de la presión superficial no estacionaria inducida por movimientos turbulentos con escalas de longitud pequeñas. La sonda de micrófono remota puede proporcionar información detallada sobre las características de los campos de presión superficial no estacionarios, con una resolución espacial relativamente alta en un amplio rango de frecuencias.Prepárese para los experimentos construyendo la sonda de micrófono remoto. Esto requiere varios componentes. Entre ellos, el principal es un micrófono pequeño que sea sensible a las frecuencias de interés.El tamaño de los componentes restantes depende de la sensibilidad deseada y de la respuesta en frecuencia de la sonda. Esta sonda utiliza un tramo de tubo de acero inoxidable con un diámetro interno de medio milímetro. También requiere un tramo largo de tubo blando, con un diámetro interno de 1,25 milímetros.Una pieza de plexiglás cortada y perforada a medida servirá como soporte para el micrófono. En un extremo del soporte hay un orificio para alojar el tubo de acero inoxidable. En el extremo opuesto del soporte hay otro orificio.Está alineado a lo largo del mismo eje y aloja el tubo flexible. Estos dos orificios están conectados a través del plexiglás. En la parte superior, hay dos orificios concéntricos.El orificio exterior más grande alojará el micrófono. El orificio interior más pequeño da acceso a la cavidad. Esta sección transversal proporciona una guía para la construcción del soporte.Tenga en cuenta que el ahusamiento necesario para igualar los diámetros de los orificios laterales está cerca de la entrada del tubo de acero inoxidable. Tenga listo el epóxico para fijar los componentes al soporte. Tome el micrófono y oriente su diafragma hacia el soporte, y colóquelo en su posición. Una vez en posición, aplique epoxi para fijarlo en su lugar. A continuación, inserte el tubo de acero inoxidable en la abertura preparada previamente y sujételo con epoxi. Fije el tubo flexible en su posición de la misma manera.En el otro extremo del tubo flexible, utilice un tapón para sellar el tubo. Con todos los elementos conectados al soporte, esta sonda está lista para ser utilizada en un experimento. A continuación, dirija la atención hacia la superficie del modelo para el experimento.Esta demostración utiliza una placa plana con puntos de medición preparados. En un punto de medición, debe haber un orificio pasante perpendicular a la superficie. El orificio debe tener el diámetro exterior del tubo de acero inoxidable en la sonda.Para el experimento, monte la superficie del modelo en el túnel de viento. A continuación, obtenga una sonda de micrófono para fijarla a la superficie del modelo en el orificio de medición. Desde la parte trasera de la superficie, pase el tubo de acero inoxidable de la sonda de micrófono a través del orificio.La abertura del tubo debe quedar al ras con la superficie de medición. Aplique epoxi al lado opuesto al sitio de medición para fijar el tubo en su lugar. Con la sonda del micrófono en posición, rodéela con espuma acústica para evitar que el ruido parásito contamine el sistema.A continuación, trabaje con el tubo blando anecoico del sensor. Saque el extremo cerrado de la sección de prueba del túnel de viento. Rodee el tubo con paneles acústicos para aislarlo de su entorno.De vuelta en la sonda, conecte el micrófono a las entradas de un amplificador de bajo ruido, que se encuentra fuera de la sección técnica del túnel de viento. A continuación, diríjase a la electrónica ubicada fuera del túnel. El amplificador de bajo ruido está conectado al sistema de adquisición de datos.Establezca la ganancia del amplificador en diez. La calibración de la sonda del micrófono remoto requiere varios equipos. Para la primera fase, utilice un micrófono de referencia de alta calidad con respuesta independiente de la frecuencia, junto con el teléfono de pistón.Además, debe haber un amplificador con su salida conectada al sistema de adquisición de datos. Conecte el micrófono a la entrada del amplificador y ajuste la ganancia de entrada y de salida a diez decibelios. A continuación, obtenga el teléfono de pistón.Inserte el micrófono en el teléfono de pistón para la medición. Cuando esté listo, encienda el teléfono de pistón. Pase al sistema de adquisición de datos para configurar la frecuencia de adquisición y el número de muestras.Comience a adquirir y guardar el voltaje del micrófono de referencia para calcular la constante de calibración. Una vez determinada la constante de calibración, retire el micrófono del teléfono de pistón. Ahora, mueva el micrófono a la superficie del modelo, utilice un soporte para colocar el micrófono perpendicular a la superficie sobre el tubo de sonda, donde se medirá la fluctuación de presión.Alinee el micrófono con el centro del orificio de sonda y a un milímetro por encima de este. Los siguientes pasos requieren un altavoz potente con un amplificador interno conectado a un generador de funciones. Monte el altavoz cerca de la superficie del modelo y a 2,5 metros del micrófono.El altavoz debe estar apagado y el cono debe estar dirigido hacia la superficie del modelo. Fuera del túnel de viento, trabaje con el generador de funciones. Enciéndalo y use la opción de ruido blanco para proporcionar la señal acústica.Regrese al altavoz y asegúrese de que la amplificación esté al mínimo. Luego, encienda el altavoz y ajuste su volumen lo más alto posible sin causar daños. Regrese al sistema de adquisición de datos.Adquiera y guarde los datos de series temporales provenientes de las salidas de voltaje de los micrófonos de prueba y de referencia. La calibración es el paso más crítico de este procedimiento. Para asegurar el éxito, utilice un modelo para predecir la función de transferencia y compárelo con los resultados experimentales.Además, utilice dispositivos de alta calidad, incluyendo el micrófono de referencia y el altavoz. Estas son gráficas de la coherencia entre las fluctuaciones de presión medidas en la sonda del micrófono remoto y el micrófono de referencia en función de la frecuencia. Este sistema de sonda tiene un tubo primario de 5,35 centímetros de longitud.Para comparación, esta sonda tiene un tubo primario de 10,4 centímetros de longitud. La coherencia es superior a 0,97 en el rango de frecuencia de interés. Estas gráficas corresponden a la magnitud de las funciones de transferencia de las dos mismas sondas.Las curvas azules son resultados experimentales. Las curvas verdes son predicciones teóricas. Las predicciones de la respuesta dinámica son precisas en la mayor parte del rango de frecuencia.Pequeñas aberraciones en la sonda podrían explicar las discrepancias en las frecuencias medias y altas. La comparación entre los datos y las predicciones respecto a la pendiente del desplazamiento de la cara revela que las predicciones son ligeras sobreestimaciones. Esto podría deberse a pequeños errores en la medición de las longitudes de los tubos o a variaciones de temperatura.En este gráfico, la banda gris claro representa el rango de datos espectrales de presión superficial previos a varios números de Reynolds. Los puntos de datos representan mediciones realizadas con sondas de micrófono remotas. Las mediciones se encuentran dentro del intervalo de mediciones observadas en la literatura publicada.Una vez dominada, la calibración de una sola sonda de micrófono remoto puede realizarse en cinco minutos si se lleva a cabo correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante repetir la calibración con diversos niveles de volumen del altavoz para obtener la mayor coherencia posible para la sonda de micrófono remoto. Tras este desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores exploraran las características de las fluctuaciones de presión sobre superficies con gran curvatura y espacio limitado en condiciones de flujo complejas.Trabajar con altavoces que generan ruido blanco de alto volumen puede ser extremadamente peligroso. No olvide tomar precauciones, como usar auriculares atenuadores de ruido mientras realiza este procedimiento. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo construir, configurar y calibrar una sonda de micrófono remota.

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Research

Investigación

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Engineering

Ingeniería

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