Name: リモートマイクプローブを用いた非定常面圧の測定 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: 学ぶリモートマイクプローブを用いた非定常面圧測定法。乱流による表面圧力変動を高空間分解能で計測し、流体ダイナミクスと空気音響学の研究に応用します。周波数応答の伝達関数を解析的に決定する手法を解説します。

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本研究では、助成金番号N000141210337、デボラNalchajianとロナルド・ジョスリンの下で海軍研究の米国オフィスからの資金によって可能になりました。

実験の調製<ol><li> RMPを構築するための適切なマイクを選択します。関心の周波数範囲内のマイクの周波数範囲を使用してください。 注記：この実験では、100〜10,000 Hzの間の圧力変動が重要です。選択されたマイクロフォンの測定周波数範囲は100〜10,000ヘルツです。サイズのための具体的な基準が存在しないが、マイクロホンの大きさは、できるだけ小さくすべきです。 </li><li>付録に記載されている分析法を用いて、RMPシステムの感度と周波数応答を推定します。チューブおよび構造の寸法を変化させることにより、RMPの感度と周波数応答を調整します。 </li><li> 5.25センチメートル長い片に0.5ミリメートル、内径ステンレス鋼管をカットするドレメルを使用してください。 </li><li>はさみで、4.75メートル、長片に1.25 mmの内径軟質チューブをカット。 </li><li>プレキシグラスの一部をカットするためにフライス盤を使用します直方体。直方体の長さ、幅、高さはそれぞれ、2.54センチメートル1.27センチ、1.27 cmでなければなりません。 </li><li> 図2に示すように、プレキシグラスのクレードルの0.81、2、2.56、および0.76ミリメートル径の穴をあけ、。 </li><li> 図2に示すように、プレキシグラスクレードルのテーパ部を作るために、針のドリルを使用してください。 </li><li>メーカーが提供するマニュアルのマイク感度を見上げ、またはウォン18によって導入された方法を使用してマイクを調整します。 </li><li> 図2に示すように、プレキシガラスクレードルにマイクを装着し、エポキシを使用してマイクを固定します。 </li><li>ステンレス鋼管と軟質チューブは、プレキシグラスクレードルに接続し、エポキシでそれらを修正します。 </li><li>測定位置でのモデル表面に垂直に0.81ミリメートル径の穴を開けます。 </li></ol> 2.実験のセットアップ<ol><li>の主要なステンレス鋼管をマウントフラッシュモデル表面にRMPセンサーおよび図2に示すように、反対側のモデル表面にステンレス製のチューブを固定するためにエポキシ樹脂を追加します。 </li><li>システムを汚染から寄生ノイズを防止するために、音響フォームとRMPを囲みます。 </li><li>国道トンネルのテストセクションのうち、すべての電気配線。 </li><li>国道トンネルのテストセクションのうち柔らかい無響チューブ。 </li><li>非定常圧力と同時に平均静圧の測定値を得るために、圧力変換器にソフト無響管の端を接続します。 </li><li>低雑音増幅器およびデータ収集システムにRMPを接続します。 </li><li>利得係数の値がケースにケースから変更することができます10ノートに、増幅器の利得係数を設定します。 </li></ol> 3.キャリブレーション<ol><li>高品質であり、周波数に依存しない感度を有する基準マイクロホンを選択します。 </li><li>基準マイクロを接続します電話増幅器の入力およびデータ収集システムに増幅器の出力を接続します。 </li><li>入力ゲインと10デシベルに、アンプの出力ゲインの両方を設定します。利得係数は、異なる測定条件下で変化させることができることに留意されたいです。 </li><li>補足図に示すように、ピストンホンに基準マイクロホンを挿入します。 </li><li>ピストンホンをオンにします。 </li><li> 4000 Hzに取得頻度を設定します。 </li><li> 24万にサンプル数を設定します。 </li><li>基準マイクロホンからの電圧出力を取得し、保存します。 </li><li>基準マイクロホンの校正定数を計算します。較正定数、C refは 、基準マイクロホンの電圧出力の標準偏差にピストンホン生産音圧の標準偏差の比です。 </li><li>キャリブレーションプロセス（3.8および3.9ステップ）を数回繰り返します。キャリブレーション定数として、平均値、Cのリファレンスを使用してください。 </li> &lt;李&gt;は、図1に示すように圧力変動が測定され、その上に固体表面に対して垂直に基準マイクロホンを配置します。 </li><li> RMPタップと基準マイクロホンの中心を合わせます。基準マイクロホンと1ミリメートルのRMPタップ間の距離を使用してください。 </li><li>テストモデルの近くにスピーカーを配置します。スピーカーおよびこれらの測定のために2.5メートルのマイク間の距離を使用してください。 </li><li>ファンクション・ジェネレータにスピーカーを接続し、ファンクション・ジェネレータをオンにします。 </li><li> 0.4 Vに、V RMS、正方形の電圧を意味する所望の音響信号を提供し、ルートを設定するには、ファンクション・ジェネレータの「ホワイトノイズ」オプションを使用します</li><li>最小限にスピーカーの音量を調整します。 </li><li>スピーカーの電源をオンにします。 </li><li>スピーカーにダメージを与えることなく、できるだけ高いスピーカーアンプの音量を調整します。ほとんどのスピーカーは目を警告するインジケータライトを持っていることに注意してくださいEのユーザ出力振幅はスピーカ範囲を超えている場合。 </li><li> 60秒間40,000ヘルツの走査周波数を使用して、基準マイクロホンとRMPの両方の電圧出力から時系列データを取得し、保存します。 </li><li>スピーカ機能発生器によって生成され、基準マイクロホンによって測定される音圧変動の時系列値を計算します。これは、単に基準マイクロホンから時系列の出力電圧との積であります<img alt="式3" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq3.jpg" /> 、その校正定数<img alt="式4" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq4.jpg" /> ; <img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq5.jpg" /> 。時系列的な音圧ことに注意してください、 <img alt="式6" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq6.jpg" />また、RMPのタップでの圧力変動です。 </li><li> RMP Aマイクによって測定時系列音圧の変動を計算します<html> RMPから時系列の電圧出力の生成物は、S- <img alt="式（7）" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq7.jpg" /> 、およびマイク感度、 <img alt="式8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> ; <img alt="式9" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq9.jpg" /> 。 、そのマイクの感度を注意してください<img alt="式8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> 、製造業者によって提供されるべきです。 </li><li>自動スペクトル密度を計算し、 <img alt="式10" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq10.jpg" /> 、の<img alt="式11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> 。自動スペクトル密度を計算し、 <img alt="式12" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq12.jpg" /> 、の<img alt="式13" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq13.jpg" /> 。クロススペクトル密度を計算し、 <img alt="式14" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq14.jpg" /> 、 の間に.jpg &quot;/&gt;と<img alt="式11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> 。自動スペクトル密度とクロススペクトル密度は、Bendatとピアソル19によって定義されています。 </li><li>伝達関数を計算します<img alt="式15" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq15.jpg" /> 。 </li><li>コヒーレンス関数を計算します<img alt="式16" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq16.jpg" />アスタリスクは複素共役を表します。 </li><li>基準マイクロホンを削除してください。 </li><li>スピーカーや関数発生器の電源を切ります。 </li><li>スピーカーを取り外します。 </li></ol> 4.データ集録<ol><li>風洞をオンにします。 </li><li>時系列の電圧出力を記録し、 <img alt="式（17）" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq17.jpg" />データ収集システムとRMPの。 40,000ヘルツの走査周波数を使用してください。 64秒の取得期間を使用してください。 </li><li>風洞をオフにします。 </li></ol><ol><li> 、音圧の変動を計算します<img alt="式（18）" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> 、としてRMPにマイクで測定しました<img alt="式19" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq19.jpg" /> 。 </li><li>自動スペクトル密度を計算し、 <img alt="式20" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq20.jpg" /> 、表面の圧力変動としての<img alt="式（21）" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq21.jpg" />ここで、 <img alt="式22" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq22.jpg" />音圧変動の自動スペクトル密度は、RMPマイクロホンによって測定されます<img alt="式（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>

著者らは開示するものは何もない。

風洞実験におけるUSPの測定は、空力音響および流れ誘起振動に関連する多くのアプリケーションに必要です。フラッシュマウント埋め込みセンサやPSP、振動膜などの従来の方法と比較して、ここで説明する方法は、広範囲の周波数にわたる大振幅の変動に対して高い感度で正確な測定が可能です。さらに重要なことは、Corcos21 で記述された空間平均化効果を最小限に抑える小さな検出領域を使用した USP 測定の方法も提供することです。さらに、この方法により、複雑な形状上にセンサーの間隔を狭くすることができます。RMP設計は過去の文献で提案されてきましたが、このコミュニケーションでは、効果的なRMP設計方法論に関する詳細と、効果的な測定に必要なパラメータを選択するための理論的方法を提供します。 
解析手法により、設計段階でのRMPの動的応答を予測できます。代表的な結果に示されているように、共振最大値の周波数は、最初のチューブの長さによって決定されます。その結果、共振ピークを所望の周波数に配置するために、最初のチューブの長さを調整できます。たとえば、特定の周波数での表面圧力変動の大き...

表面上の流体の流れは、一般的に不安定と不安定な面圧（USP）につながる乱れにつながります。流れに誘導される音と振動は、多くの場合、この不安定の直接の結果です。冷却ファン、プロペラ、および風力タービンによって生成された放射音は、USP 1に関連したソースによって支配されています。乱流におけるUSPの空間的および時間的特性の測定は、一般に、放射音を予測するために必要とされます。 USPの統計的特徴付けは、一般に、自動スペクトル密度の形で与えられ、二点のクロススペクトル密度、及び空間相関関数の2、3。用途に応じて変化することができ、必要な周波数応答。多くの風洞の用途では、10キロヘルツ〜20キロヘルツの応答が十分です。乱流運動の小さなスケールは、多くの場合、1mm未満であることを検知エリアとセンサーの間隔が必要です。 エクステnsive実験的研究は、乱流誘導性の圧力変動を得るために行われています。直接法は、フラッシュマウント型埋め込みセンサーを使用しています。各センサは、一つだけの離散点での圧力変動を測定することができるので、この方法は、多くの場合、マイクの大きな配列を採用しています。この方法で利用される典型的なセンサはGautschi 4によって示唆された圧電トランスデューサ、です。圧電センサのアレイは、高価になることができ、測定の周波数範囲は、しばしば、10kHz未満です。 直接表面実装マイクロフォンは、多くの場合、安価なUSPセンサ5として使用されます。マイクロホンは、低速の流れのために実質的な利点である高感度を有します。圧力の大きな振幅変動が存在する場合しかし、これは、センサの飽和のリスクをもたらします。この方法は、大きな曲率、不連続、またはセンサ全体を含めるにはあまりにも薄い形状を有する表面には適していません。 6に薄い膜を使用することです。時間と空間依存の振動運動を測定した後、膜の既知の機械的性質を用いて、圧力の統計を表面に変換されます。この方法は慎重に設計、実装、および膜の動的応答の正確なキャリブレーションが必要です。さらに、レーザードップラー振動計などの振動測定装置は、高価です。最後に、この方法は、平らな表面に適用することができます。 感圧塗料（PSP）は、不安定な面圧を測定するために使用できる別の技術です。この技術は、それらが特定の波長の光が照射されるように内のより高いエネルギー状態に励起される分子を引き起こす透明ポリマーバインダーでコーティングされる表面を必要とします。分子酸素消光を起こすように、エネルギーが再あります面圧7に反比例すること発光を生じ、酸素分圧に比例した速度での光としてリース。マイクロホンと比較した場合、PSP方法の主な欠点は、測定の比較的低感度です。これは、比較的高速に流れるPSPの適用を制限します。 現在の通信は、リモートマイクプローブ（RMP）を使用するUSPする方法が記載されています。この方法は、最初Englundとリチャーズ8により説明しました。コンセプトは、中空管で表面の圧力タップに接続されている標準的な小型のマイクを使用しています。モデル表面における非定常圧力は、音波の形でチューブ内に移動します。音波を測定するために、チューブに垂直に取り付けられているマイクロホンを可能にするために「導波路」としてチューブ働きます。波は次いで大振幅の音響Rを除去するのに十分な長さである別のチューブに続行しますeflections。 Englundとリチャーズは、RMPの動的応答を決定するために、ベルグとTijdeman 9によって概説分析的アプローチを適用しました。 Perrenes及びロジャー10は、高揚力装置の2次元翼形上の面圧を測定するためにRMPを利用しました。彼らは、2つの別々のステップ変化を経て2.5ミリメートルに0.7ミリメートルから展開27-cmの長剛性管に接続された表面で直径0.5mmの毛細管を有するプローブを開発しました。各ステップ変化は、管の音響インピーダンスの比較的大きな変化をもたらしました。 LeclercqとBohineust 11は、乱流境界層の下壁の圧力場を検討しました。 Franzoniとエリオット12によって示唆されるように彼らは、一定の直径のRMPを使用しました。しかし、動的応答は、限られた周波数範囲で十分に高いです。 Arguillat ら 13車室内に送信ノイズを研究するRMPを設計しました。彼らは、試験しましたマイクロホンに圧力変動を実施するための様々なチューブ。 Yangら 14は、このレポートに導入方法と同様であるチューブ伝達関数法を用いてチューブの歪みを補正します。 Hoarau ら 15は、分離領域の下流壁圧力トレースを検討しました。彼らは設計RMPSは、一定の内径を有しており、チューブは完全に非剛性でした。 以前の研究によれば、RMPSを用いて得られた面圧測定の精度は、マイクロフォン、圧力に対する表面圧力に関するプローブの周波数に依存する伝達関数の決意時主として依存しています。次のセクションでは、シンプルかつ効果的であるRMPジオメトリを説明します。実験および分析方法は、正確にRMPの動的応答を決定するために導入され、検証されます。解析モデルは、OであるためにRMPを可能にしますアプリケーションの潜在的に広い範囲のために設計段階でptimized。 RMPSは、広範囲の周波数にわたって圧力変動を測定することができます。比較的高い空間分解能は、空間的に分布する非定常圧力場16の特性に関する詳細な情報を提供することができます。プローブが小さいように、RMPSは、大きな曲率または制限された間隔17のような複雑な幾何学的形状、上圧力変動を測定するために利用することができます。また、表面のタップとマイクロフォンセンサを接続するチューブは、マイクに誘起圧力変動の大きさを低減することができます。これにより、RMPセンサジオメトリおよびパラメータの適切な設計は、モデル表面に直接マイクを搭載フラッシュと比較して有意に少ない制限であるUSP特性を得るための方法を与えます。 RMPのRMPThe一般的な構造の構成は、図1に示されています</stronグラム&gt;。 RMPは、伸張部とに伸張部から延びる第2のチューブにモデル表面から先頭の1のチューブで構成され、「クレードル」。第3チューブは、その後、無響終端として作用するように接続されています。クレードルは、マイクとチューブの接続を収容するために使用される機械加工されたプラスチック部品です。 RMP構造の詳細は、種々の実験条件のために調整することができます。第二の、より大きな直径の管の目的は、比較的かさばるマイクとクレードルが著しく測定感度を低下させることなく、USPの測定点から遠くに配置することができるようにすることです。それが必要でない場合には、この第二の管を排除することができ、拡張部がクレードルに構築することができます。無響終端は、長さが約2〜3メートルだった軟質プラスチックで作られました。 このデモでは、RMPの設計は、TURBの下表面圧力変動の測定に最適化しましたulent 図2に示すように、流れ方向の圧力勾配なしの境界層、第二のチューブを除去しました。第1のチューブの二つの異なる長さの効果が観察されました。第1のチューブは、0.5mmの内径0.81 mmで外径のステンレス鋼から構築しました。第1のチューブの長さは、それぞれ、5.35および10.40センチメートルました。クレードルに組み込まれた拡張部の注入口の内径は、0.5mmであり、出口の内径が散逸終端の内径と同一であった1.25 mmでした。拡大部の角度は7°でした。スムーズに無響終端で伸長部を接続するために1.25ミリメートル径のクレードルに穴がありました。検出領域は、垂直な0.75ミリメートルの穴を通って1.25ミリメートルの穴に接続されていました。

<table><tbody><tr><td>マイク</td><td>ACO Pacific(http://www.acopacific.com/)</td><td>7016</td>音<td>圧を測定し、基準としてRMPを校正するために使用されます。</td></tr><tr><td>マイク</td><td>ノウルズ(http://www.knowles.com/eng)</td><td>FG-23629-C36RMP</td><td>の一部として圧力変動を測定するために使用されます。</td></tr><tr><td>マイクロボアチューブ</td><td>サンゴバン (http://www.biopharm.saint-gobain.com/en/index.asp)</td><td>タイゴン ND 100-80</td><td>散逸結線として音波を放散するために使用されます。</td></tr><tr><td>皮下チューブ</td><td>マイクログループ(http://www.microgroup.com/)</td><td>304H21RW</td>表面<td>タップを接続し、表面圧力変動をRMP内のマイクに音の形で対流させるために使用されます。</td></tr><tr><td>皮下チューブ</td><td>マイクログループ(http://www.microgroup.com/)</td><td>304H14H</td><td>散逸効果を低減し、表面圧力変動が音の形でRMP内のマイクに対流できるようにするために使用されます。</td></tr><tr><td>プレキシガラス</td><td>Plaskolite(http://www.plaskolite.com/)</td><td>1X76204ARMP</td><td>のチューブとマイクを接続できるクレードルを作るために使用されます。</td></tr><tr><td>データ集録シャーシ</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-1006</td><td>データ集録用。</td></tr><tr><td>データ集録チャンネル</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-4472</td><td>データ集録用。</td></tr><tr><td>関数発生器</td><td>thinkSRS(http://www.thinksrs.com/)</td><td>DS360</td><td>ホワイトノイズ信号を生成します。</td></tr><tr><td>ピストンフォン</td><td>B&K(http://www.bksv.com/)</td><td>4228</td>基準<td>マイクのキャリブレーションに使用される一定の周波数の正弦波を生成します。</td></tr><tr><td>スピーカーMackie</td><td>(http://www.mackie.com/index.html)</td><td>HD1531</td><td>電気ホワイトノイズ信号を音に変換するために使用されます。RMPをキャリブレーションするための音源です。</td></tr><tr><td>MatLab</td><td>Mathworks (http://www.mathworks.com/)</td><td></td><td>実験データの処理に使用します。</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>ナショナルインスツルメンツ(http://www.ni.com/)</td><td></td><td>は、データ集録用のハードウェアを制御し、データを記録するために使用されます。</td></tr></tbody></table>

リモートマイクプローブを用いた非定常面圧の測定

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

マイクロフォンは、乱流に浸された固体の壁の圧力変動を測定するために広く適用されています。さまざまな特性長さスケールの乱流運動は、広い周波数範囲で圧力変動を引き起こす可能性があります。この乱流の特性により、センシングデバイスは広範囲の周波数に対して十分な感度を持つ必要があります。さらに、乱流構造の小さな特性長さスケールには、小さな検出領域と、センサを互いに非常に近接して配置する能力が必要です。固体の複雑な形状は、多くの場合、大きな表面曲率や不連続性を含むため、プローブは非常に限られたスペースにセットアップする能力を持つ必要があります。安価で一貫性があり、再現性のあるリモートマイクロフォンプローブの開発は、現在の通信で説明されています。これにより、幅広い周波数にわたって高い空間分解能と動的応答で圧力変動を測定できます。プローブは、一般的な風洞モデルの内部に設置できるほど小さいです。リモートマイクロホンプローブには、モデル表面を貫通してセンシングエリアを形成する、小さくて硬い中空のチューブが含まれています。このチューブは、「T」字型ジャンクションを使用して、表面から少し離れた場所で標準のマイクに接続されています。リモートマイクロフォンプローブの動的応答を決定するための実験方法が導入されています。さらに、動的応答を決定するための解析方法が記載されています。この解析手法は、設計段階で適用して、RMPコンポーネントの寸法と特性を決定できます。

2つの代表的なRMPのデザインから校正結果は、このセクションに示されています。最初のものは5.35センチメートル一次管を使用し、2つ目は、10.4センチメートル一次チューブを使用しました。散逸終端は、両方RMPSのための4.75メートルの長さです。 RMPにおける基準マイクロホンによってマイクロホンによって測定された圧力変動との間のコヒーレンスは、 図3に示されている。データは、広範囲の周波数にわたって近単一のコヒーレンス値を示しています。 10 kHz以上の周波数では、コヒーレンスは一般的に高いままですが、コヒーレンスは、いくつかの周波数で間欠的に低下します。この理由の1つは、ラウドスピーカによって生成される音は、これらの周波数で比較的低いことです。これはまた、高周波数でのRMPの感受性の低下から生じ得ます。背景や電気ノイズは、コヒーレンスの損失につながることができます。低コヒーレンス値RMPでマイクと基準マイク...

ここでは、乱流の非定常表面圧力を高い空間分解能で測定するためのプロトコルを提示します。この手法は、リモートマイクロフォンプローブ(RMP)の構築と、その周波数依存の複素伝達関数の決定を示しています。動的応答の解析的決定が示され、検証されます。

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

この実験手法の全般的な目的は、流体流れに浸された物体の表面における、乱流誘起の圧力変動を高空間分解能で測定することです。本手法は、小スケールの乱流運動によって誘起される非定常表面圧力の空間的および時間的特性など、流体力学、航空音響学、および流れ誘起構造振動の分野における重要な疑問への回答に寄与します。リモートマイクプローブを用いることで、広範な周波数領域にわたって、非定常表面圧力場の特性に関する詳細な情報を比較的高い空間分解能で得ることが可能です。リモートマイクロホンプローブを作製し、実験の準備を行います。これにはいくつかの部品が必要です。主な部品は、目的の周波数に感度を持つ小型マイクロホンです。残りのコンポーネントのサイズは、プローブに求められる感度と周波数応答によって異なります。本プローブでは、内径0.5 mmのステンレス鋼チューブを使用します。また、内径1.25 mmの長いソフトチューブも必要です。カスタムカットおよび穴あけ加工を施したプレキシグラスのパーツを、マイクロホンホルダーとして使用します。ホルダーの一端には、ステンレス鋼チューブを固定するための穴が開いています。ホルダーの反対側にも、別の穴が開いています。これは同一軸上にあり、ソフトチューブを収容します。これら2つの穴はプレキシガラスを通じて接続されています。上部には、2つの同心円状の穴があります。外側の大きな穴にマイクロホンを固定します。内側の小さな穴からキャビティにアクセスします。この断面図は、クレードルの構造に関するガイドとなります。ステンレス鋼チューブの場合、サイドホールの直径に合わせるために必要なテーパー加工は、入口付近に行う必要があることに注意してください。コンポーネントをクレードルに固定できるよう、エポキシ樹脂を用意しておきます。マイクロホンを取り出し、ダイアフラムがクレードルの方を向くように向きを合わせ、所定の位置に装着します。定位置に配置したら、エポキシ樹脂を塗布して固定します。次に、ステンレス製チューブを専用の開口部に挿入し、エポキシ樹脂で固定します。ソフトチューブも同様に、所定の位置に取り付けます。ソフトチューブのもう一方の端をプラグで密封します。すべての構成要素をクレードルに取り付ければ、このプローブを実験に使用する準備が整います。次に、実験に使用するモデル表面について説明します。このデモンストレーションでは、測定点が設定されたフラットプレートを使用します。測定点には、表面に対して垂直な貫通穴が必要です。この穴の径は、プローブ内のステンレス製チューブの外径と同じである必要があります。実験のために、モデル表面を風洞内に設置します。次に、測定孔を介してモデル表面に取り付けるためのマイクロホンプローブを用意します。表面の背面から、マイクロホンプローブのステンレス製チューブを孔の中に通します。チューブの開口部は測定面と面一（つらいち）にする必要があります。測定部位とは反対側にエポキシ樹脂を塗布し、チューブを固定します。マイクロホンプローブを配置した後、寄生ノイズによるシステムへの混入を防ぐため、プローブの周囲を吸音フォームで囲みます。次に、プローブのソフト無響管を操作します。閉端部分を風洞のテストセクションから外に出してください。周囲の環境から遮断するため、その周囲を音響パネルで囲みます。プローブに戻り、マイクを低ノイズアンプの入力端子に接続します。このアンプは風洞のテクニカルセクションの外側に設置されています。次に、風洞外の電子機器のある場所へ移動します。低ノイズアンプはデータ収集システムに接続されています。アンプのゲインを10に設定します。リモートマイクロフォンプローブの校正には、いくつかの装置が必要です。第一段階では、ピストンフォンとともに、周波数に依存しない応答特性を持つ高品質なリファレンスマイクロフォンを使用します。さらに、データ収集システムに出力が接続されたアンプを用意します。マイクをアンプの入力端子に接続し、入力ゲインおよび出力ゲインを10 dBに設定します。次に、ピストンフォンを用意します。測定のため、マイクロホンをピストンフォンに挿入します。準備が整ったら、ピストンフォンの電源を入れます。データ収集システムで、データ収集周波数とサンプル数を設定してください。校正定数を算出するため、リファレンスマイクロホンからの電圧の収集と保存を開始します。校正定数が決定したら、ピストンフォンからマイクロホンを取り外します。次に、マイクロホンをモデルの表面へ移動させ、ホルダーを用いて、圧力変動を測定するプローブチューブ上の表面に対して垂直にマイクロホンを配置します。マイクロホンをプローブタップの中心に合わせ、その1 mm上に配置します。次の手順では、ファンクションジェネレータに接続された内部アンプ付きのラウドスピーカーが必要です。ラウドスピーカーをモデル表面の近く、かつマイクロホンから2.5 m離れた位置に取り付けます。スピーカーの電源を切り、コーンをモデルの表面に向けます。風洞の外でファンクションジェネレーターを操作します。電源を入れ、ホワイトノイズオプションを使用して音響信号を供給します。ラウドスピーカーに戻り、増幅レベルが最小になっていることを確認します。次に、ラウドスピーカーの電源を入れ、機器に損傷を与えない範囲で音量を最大限まで上げます。その後、データ収集システムに戻ります。プローブマイクおよびリファレンスマイクの電圧出力から時系列データを取得し、保存します。校正はこの手順において最も重要なステップです。確実に成功させるために、モデルを用いて伝達関数を予測し、それを実験結果と比較してください。さらに、リファレンスマイクロホンやラウドスピーカーを含む高品質な機器を使用してください。これらは、リモートマイクロホンプローブで測定された圧力変動とリファレンスマイクロホンとの間のコヒーレンスを、周関数の関数としてプロットしたものです。このプローブシステムは、長さ5.35 centimeterの一次チューブを備えています。比較として、このプローブは長さ10.4 centimeterのプライマリチューブを備えています。関心のある周波数範囲において、コヒーレンスは0.97を超えています。これらのプロットは、同じ2つのプローブからの伝達関数の大きさを表したものです。青色の曲線は実験結果を示しています。緑色の曲線は理論的な予測値です。動的応答の予測は、ほとんどの周波数範囲にわたって正確です。プローブのわずかな偏差が、中周波数および高周波数における不一致の原因であると考えられます。データと面シフトの傾きの予測値を比較すると、予測値がわずかに過大評価されていることがわかります。これは、チューブ長の測定におけるわずかな誤差、または温度変化によるものである可能性があります。このプロットにおいて、薄いグレーの帯は、さまざまなレイノルズ数における従来の表面圧力スペクトルデータの範囲を示しています。データポイントは、リモートマイクプローブを用いた測定値を表しています。これらの測定値は、既報の文献で観察されている測定値のばらつきの範囲内にあります。一度習得すれば、適切に実施することで、単一のリモートマイクロホンプローブの校正は5分で完了します。この手順を行う際は、リモートマイクロホンプローブで最高のコヒーレンスを得るために、スピーカーの音量を変化させて校正を繰り返すことが重要です。この開発により、本手法は、複雑な流れ条件下において、曲率が大きく間隔が限られた表面上の圧力変動特性を研究者が探索するための道を切り開きました。大音量のホワイトノイズを発生させるスピーカーを扱う際は、非常に危険を伴う可能性があります。この手順を行う間は、ノイズキャンセリングヘッドホンを使用するなど、十分な予防策を講じてください。このビデオを視聴することで、リモートマイクプローブの製作、セットアップ、およびキャリブレーションの方法について十分に理解できるはずです。

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リモートマイクプローブを用いた非定常面圧の測定

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