Name: A medição da pressão de superfície instável Usando um microfone sonda remota (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: Aprenda a medir pressão de superfície instável em fluxos turbulentos usando uma sonda de microfone remota. Este método oferece alta resolução espacial para estudos em dinâmica de fluidos e aeroacústica.

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Esta pesquisa foi possível através do financiamento do US Office of Naval Research, Grant No. N000141210337, Deborah Nalchajian e Ronald Joslin.

1. Preparação de Experimentos <ol><li> Escolha um microfone adequada para construir o PGR. Usar uma gama de microfone a frequência dentro da gama de frequências de interesse. NOTA: Neste experimento, as flutuações de pressão entre 100 e 10.000 Hz são de interesse. A gama de frequência seleccionada o microfone de medição é de 100 a 10000 Hz. O tamanho do microfone deve ser tão pequeno quanto possível, embora não existem critérios específicos para o tamanho. </li><li> Estimar a sensibilidade e frequência de resposta do sistema PGR utilizando o método analítico descrito no apêndice. Ajustar a sensibilidade e a frequência de resposta da PGR variando as dimensões dos tubos e estruturas. </li><li> Usar uma Dremel para cortar o tubo de aço inoxidável interior de diâmetro 0,5 milímetros para uma peça de 5,25 cm de comprimento. </li><li> Com uma tesoura, corte a 1,25 mm interior diâmetro do tubo macio em um 4,75 m de comprimento peça. </li><li> Use uma máquina de moagem para cortar um pedaço de Plexiglas em umcubóide. O comprimento, largura e altura do cuboide deve ser 2,54 cm, 1,27 cm e 1,27 cm, respectivamente. </li><li> Faça furos com 0,81, 2, 2,56 e 0,76 mm de diâmetro sobre o berço de acrílico, como mostrado na Figura 2. </li><li> Usar uma broca de agulhas para fazer a secção inclinada do suporte de plexiglas, como mostrado na Figura 2. </li><li> Olhe-se a sensibilidade do microfone no manual fornecido pelo fabricante, ou calibrar o microfone usando o método introduzido por Wong 18. </li><li> Assentar o microfone no suporte de plexiglas, como mostrado na Figura 2, e fixar o microfone utilizando epoxi. </li><li> Ligue o tubo de aço inoxidável e tubo macio para o berço de acrílico e corrigi-los com epóxi. </li><li> Perfurar um furo com um diâmetro de 0,81 milímetros perpendicularmente à superfície do modelo na posição de medição. </li></ol> Setup 2. Experiment <ol><li> Lave montar os tubos de aço inoxidável primárias doRMP sensores para a superfície do modelo e adicionar epóxi para fixar os tubos de aço inoxidável com a superfície modelo oposto, como mostrado na Figura 2. </li><li> Rodeiam o PGR com espuma acústica, a fim de evitar ruídos parasitas a partir de contaminando o sistema. </li><li> Route toda a fiação elétrica fora da seção de teste do túnel. </li><li> Passe o tubo anecóica macia para fora da seção de teste do túnel. </li><li> Ligar a extremidade do tubo anecóica suave a um transdutor de pressão, a fim de se obter as medições da pressão estática significativo simultaneamente com a pressão instável. </li><li> Ligue o PGR a um sistema de aquisição de amplificador de baixo ruído e dados. </li><li> Definir o factor de ganho do amplificador a 10. Note-se que o valor do factor de ganho pode ser alterado a partir de um caso para outro. </li></ol> 3. Calibração <ol><li> Escolha um microfone de referência que é de alta qualidade e tem uma sensibilidade independente de frequência. </li><li> Ligue o micro de referênciatelefone para a entrada de um amplificador e ligar a saída do amplificador para o sistema de aquisição de dados. </li><li> Definir tanto o ganho de entrada e ganho do amplificador de 10 dB. Note-se que o factor de ganho pode ser variada, sob diferentes condições de medição. </li><li> Inserir o microfone de referência em um pistonfone, como mostrado na figura complementar. </li><li> Ligue o pistonfone. </li><li> Defina a frequência de aquisição de 4.000 Hz. </li><li> Defina o número de amostras a 240.000. </li><li> Adquirir e conservar a tensão de saída do microfone de referência. </li><li> Calcule a constante de calibração do microfone de referência. A constante de calibração, Ref C, é a razão entre o desvio padrão da pressão acústica produzida pistonfone-se ao desvio padrão da tensão de saída do microfone de referência. </li><li> Repita o processo de calibração (passos 3.8 e 3.9) várias vezes. Use o valor médio, C referência, como a constante de calibração. </li> &lt;li&gt; Coloque o microfone de referência perpendicularmente à superfície sólida sobre a qual a flutuação da pressão é medida, como mostrado na Figura 1. </li><li> Alinhar o centro do microfone de referência, com a torneira de PGR. Utilização de uma distância entre o microfone de referência e a torneira PGR de 1 mm. </li><li> Coloque o altifalante em estreita proximidade com o modelo de teste. Utilização de uma distância entre o altifalante e o microfone de 2,5 m para essas medições. </li><li> Conecte o alto-falante a um gerador de função e ligar o gerador de função. </li><li> Use a opção &quot;ruído branco&quot; do gerador de função para fornecer o sinal acústico desejado e definir a voltagem da raiz quadrada, V rms, para 0,4 V. </li><li> Ajustar o volume do altifalante ao mínimo. </li><li> Ligue o alto-falante. </li><li> Ajustar o volume do amplificador de altifalante tão alta quanto possível, sem danificar o altifalante. Note-se que a maioria dos alto-falantes têm uma luz indicadora para avisar the usuário se a amplitude de saída está acima da gama de colunas. </li><li> Adquirir e guardar dados de séries temporais a partir das saídas de tensão de ambos o microfone de referência eo PGR utilizando uma freqüência de varredura de 40.000 Hz para 60 seg. </li><li> Calcular os valores de séries temporais da flutuação de pressão sonora, que é gerada pelo gerador de alto-falante e função e medidos pelo microfone de referência. Isto é simplesmente o produto da tensão de saída-série de tempo a partir do microfone de referência, <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq3.jpg" /> E sua calibração constante, <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq4.jpg" /> ; <img alt="equação 5" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq5.jpg" /> . Note-se que a pressão sonora de séries temporais, <img alt="equação 6" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq6.jpg" /> , É também a flutuação da pressão na torneira da PGR. </li><li> Calcule a série temporal flutuação de pressão sonora medido pelo microfone na PGR um<html> é o produto da tensão de saída-série temporal da PGR, <img alt="equação 7" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq7.jpg" /> E a sensibilidade do microfone, <img alt="equação 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> ; <img alt="equação 9" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq9.jpg" /> . Note-se que a sensibilidade do microfone, <img alt="equação 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> , Devem ser fornecidos pelo fabricante. </li><li> Calcular a densidade de auto-espectral, <img alt="equação 10" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq10.jpg" /> , do <img alt="equação 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . Calcular a densidade de auto-espectral, <img alt="equação 12" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq12.jpg" /> , do <img alt="equação 13" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq13.jpg" /> . Calcular a densidade espectral cruzada, <img alt="equação 14" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq14.jpg" /> , entre.jpg &quot;/&gt; e <img alt="equação 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . As densidades de auto-espectral e densidade espectral cruzada são definidos por Bendat e Piersol 19. </li><li> Calcule a função de transferência como <img alt="equação 15" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq15.jpg" /> . </li><li> Calcule a função de coerência como <img alt="equação 16" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq16.jpg" /> , Em que o asterisco representa o conjugado complexo. </li><li> Remover o microfone de referência. </li><li> Desligue o gerador de alto-falante e função. </li><li> Remover o altifalante. </li></ol> 4. Aquisição de Dados <ol><li> Ligue o túnel de vento. </li><li> Grave a saída de tensão de séries temporais, <img alt="equação 17" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq17.jpg" /> , Da PGR com o sistema de aquisição de dados. Use uma freqüência de varredura de 40.000 Hz. Usar uma duração de aquisição de 64 seg. </li><li> Desligue o túnel de vento. </li></ol><ol><li> Calcular a variação de pressão sonora, <img alt="equação 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> , Medido pelo microfone no PGR como <img alt="equação 19" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq19.jpg" /> . </li><li> Calcular a densidade de auto-espectral, <img alt="equação 20" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq20.jpg" /> , A flutuação da pressão de superfície tão <img alt="equação 21" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq21.jpg" /> , Onde <img alt="equação 22" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq22.jpg" /> é a densidade de auto-espectral da variação de pressão sonora medido pelo microfone no PGR <img alt="equação 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> . </li></ol>

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Os autores não têm nada a divulgar.

A medição da USP em experimentos em túnel de vento é necessária para muitas aplicações relacionadas à aeroacústica e vibrações induzidas por fluxo. Em comparação com os métodos existentes, como sensores embutidos embutidos, PSP ou membranas vibradas, o método descrito aqui permite medições precisas com alta sensibilidade a flutuações de grande magnitude em uma ampla faixa de frequências. Mais importante, ele também fornece um método para medições USP usando uma pequena área de detecção que minimiza os efeitos de média es...

O fluxo de fluido sobre as superfícies em geral conduz a instabilidade e turbulência que resultará em pressão superfície instável (USP). som induzida por fluxo e vibração são muitas vezes um resultado direto deste desequilíbrio. O som irradiado gerado por ventiladores, hélices e turbinas eólicas são dominados por fontes relacionadas com a USP 1. As medições das características espaciais e temporais da USP em escoamentos turbulentos são geralmente necessários, a fim de prever o som irradiado. A caracterização estatística da USP é administrado geralmente sob a forma de densidade auto-espectral, de dois pontos densidades multi-espectrais, e funções de correlação espacial 2, 3. A frequência de resposta necessária pode variar dependendo da aplicação. Em muitas aplicações em túnel de vento, uma resposta de 10 kHz a 20 kHz é suficiente. As pequenas escalas de movimento turbulento muitas vezes exigem áreas de detecção e sensor de espaçamento deve ser inferior a 1 mm. exteEstudos experimentais nsive foram realizados de forma a obter variações de pressão induzida pela turbulência. Um método direto usa sensores embutidos de embutir. Este método emprega frequentemente grandes conjuntos de microfones, porque cada sensor só pode medir a flutuação da pressão em um ponto discreto. Sensores típicos utilizados neste método são transdutores piezoeléctricos, sugeridos pela Gautschi 4. Redes de sensores piezoelétricos podem ser caros, e da gama de medição de frequência é muitas vezes inferior a 10 kHz. Microfones montadas à superfície diretos são frequentemente utilizados como sensores de baixo custo da USP 5. Microfones têm alta sensibilidade, que é um benefício substancial para os fluxos de baixa velocidade. No entanto, isto também leva ao risco de saturação do sensor quando grandes flutuações de amplitude de pressão estão presentes. Este método não é adequado para superfícies com grandes curvaturas, descontinuidades ou geometrias que são muito finas para conter todo o sensor. 6. Os movimentos de vibração e tempo-dependente do espaço são medidos e em seguida convertido para a superfície, utilizando as propriedades estatísticas de pressão mecânicos conhecidos da membrana. Este método requer um projeto cuidadoso, implementação e calibração precisa da resposta dinâmica da membrana. Além disso, o equipamento de medição de vibração, tal como vibrómetros Doppler a laser, são caros. Por último, este método só pode ser aplicado a superfícies planas. Sensível à pressão tinta (PSP) é uma outra técnica que pode ser utilizada para medir a pressão de superfície instável. Esta técnica exige que as superfícies a serem revestidas num ligante de polímero transparente, o que faz com que as moléculas de dentro para ser animado para um estado de energia mais elevado à medida que são iluminadas por luz de um comprimento de onda específico. Como as moléculas sofrem têmpera de oxigénio, a energia é rearrendado como a luz, a uma taxa proporcional à pressão parcial de oxigénio, resultando em luminescência que é inversamente proporcional à pressão de superfície 7. A principal desvantagem com os métodos de PSP é relativamente baixa sensibilidade da medição em comparação aos microfones. Isto limita a aplicação de PSP para relativamente fluxos de alta velocidade. A presente comunicação descreve um método para USP que usa uma sonda microfone remoto (PGR). Este método foi descrito pela primeira vez por Englund e Richards 8. O conceito utiliza um microfone miniatura padrão que está ligada à torneira de pressão de superfície com um tubo oco. A pressão instável na superfície do modelo irá deslocar-se para a tubagem sob a forma de ondas de som. A tubagem actua como uma &quot;guia de ondas&quot; para permitir que o microfone, que está montada perpendicularmente ao tubo, para medir as ondas sonoras. As ondas em seguida, continuar em um outro tubo que é longo o suficiente para eliminar r acústica de grande amplitudeeflections. Englund e Richards aplicada uma abordagem analítica delineada por Bergh e Tijdeman 9 para determinar a resposta dinâmica do PGR. Perrenes e Roger 10 utilizado um PGR para medir a pressão de superfície sobre um aerofólio de duas dimensões com dispositivos high-lift. Eles desenvolveram uma sonda com um tubo capilar de diâmetro médio de 0,5 mm na superfície que foi ligado a um tubo rígido de 27 cm de comprimento que expandido desde 0,7 mm a 2,5 mm por meio de duas alterações passo separado. Cada alteração causou um passo relativamente grande alteração na impedância acústica do tubo. Leclercq e Bohineust 11 estudou o campo de pressão parede abaixo de uma camada limite turbulenta. Eles usaram um RMP-diâmetro constante, como sugerido por Franzoni e Elliott 12. No entanto, a resposta dinâmica era alta o suficiente apenas numa gama de frequência limitada. Arguillat et al. 13 desenhado um PGR para estudar o barulho transmitido para o interior de um compartimento do veículo. eles testaramvários tubos para conduzir a flutuação da pressão para os microfones. Yang et ai. 14 corrigido para a distorção tubagem usando uma abordagem de função de transferência de tubagem, que é semelhante ao método apresentado no presente relatório. Hoarau et al. 15 estudaram o traçado da pressão parede a jusante de uma região separada. Os RMP que eles tinham diâmetros internos concebidos constantes, e o tubo foi completamente não-rígida. De acordo com estudos anteriores, a precisão das medições de pressão de superfície obtidos usando RMP é principalmente dependente da determinação da função de transferência de frequência dependente da sonda que se relaciona com a pressão de superfície à pressão microfone. As seções a seguir irá descrever uma geometria RMP que é simples e eficaz. Métodos experimentais e analíticas serão introduzidos e validadas de modo a determinar com precisão a resposta dinâmica do PGR. O modelo analítico permite um PGR para ser optimized na fase de concepção para uma potencialmente ampla gama de aplicações. RMP pode ser usado para medir as flutuações de pressão ao longo de um ampla gama de frequências. A relativamente alta resolução espacial pode oferecer informações detalhadas sobre as características do campo de pressão instável espacialmente distribuídos 16. Como a sonda é pequeno, RMP pode ser utilizado para medir as flutuações de pressão mais de geometrias complexas, como grandes curvaturas ou espaçamento limitada 17. Além disso, o tubo de ligação à torneira de superfície e o sensor de microfone pode reduzir a magnitude da flutuação da pressão induzida no microfone. Assim, concepção adequada da geometria do sensor PGR e parâmetros proporciona um método para a obtenção de características USP, que são significativamente menos restritivos quando comparados com montagem embutida o microfone directamente para a superfície do modelo. Estrutura da estrutura geral da PGR RMPThe é mostrado na Figura 1 </strong&gt;. O PGR é constituído por um tubo que conduz a partir da superfície do modelo de uma secção de expansão e um segundo tubo que se estende a partir da secção de expansão a um &quot;berço&quot;. Um terceiro tubo é então ligado a agir como uma terminação anecóica. O berço é um componente de plástico usinado utilizado para alojar o microfone e as conexões de tubos. Os detalhes da estrutura PGR pode ser ajustado para várias condições experimentais. O objectivo do segundo tubo, de diâmetro maior é para permitir que o microfone relativamente volumosos e berço para ser colocado mais longe do ponto de medição da USP, sem reduzir significativamente a sensibilidade da medição. Este segundo tubo pode ser eliminado, se não é necessário, e a secção de expansão pode ser incorporado no suporte. A terminação anecóica foi feita de plástico macio, que foi de aproximadamente 2 a 3 m de comprimento. Para esta demonstração, a concepção da PGR foi optimizado para a medição das flutuações de pressão da superfície sob um turbulent camada limite sem um gradiente de pressão streamwise, como mostrado na Figura 2. O segundo tubo foi eliminado. Foram observados os efeitos dos dois comprimentos diferentes do primeiro tubo. O primeiro tubo foi construído a partir de aço inoxidável com um diâmetro interno de 0,5 mm e um diâmetro exterior de 0,81 mm. Os comprimentos do primeiro tubo foram 5,35 e 10,40 cm, respectivamente. O diâmetro interior da entrada da secção de expansão, o qual foi incorporado no berço, foi de 0,5 mm e o diâmetro interno da saída foi de 1,25 mm, o que era idêntico ao diâmetro interno da terminação de dissipação. O ângulo da secção de expansão foi de 7 °. Houve um furo no suporte, com um diâmetro de 1,25 milímetros, a fim de ligar suavemente a secção de expansão com a terminação anecóica. A área de sensibilidade foi ligado ao orifício de 1,25 milímetros através de um furo perpendicular 0,75 milímetros.

<table><tbody><tr><td>Microfone</td><td>ACO Pacific (http://www.acopacific.com/)</td><td>7016</td><td>Usado para medir a pressão sonora e calibrar o RMP como referência.</td></tr><tr><td>Microfone</td><td>Knowles (http://www.knowles.com/eng)</td><td>FG-23629-C36</td><td>Usado para medir a flutuação de pressão como parte do RMP.</td></tr><tr><td>Tubulação Microbore</td><td>Saint-gobain (http://www.biopharm.saint-gobain.com/en/index.asp)</td><td>Tygon ND 100-80</td><td>Usado para dissipar as ondas sonoras como uma terminação de dissipação.</td></tr><tr><td>Tubo hipodérmico</td><td>MicroGroup (http://www.microgroup.com/)</td><td>304H21RW</td><td>Usado para conectar a torneira de superfície e permitir que a flutuação da pressão superficial seja convectiva para o microfone no RMP na forma de som.</td></tr><tr><td>Tubo hipodérmico</td><td>MicroGroup (http://www.microgroup.com/)</td><td>304H14H</td><td>Usado para reduzir o efeito dissipativo e permitir que a flutuação da pressão superficial seja convectiva para o microfone no RMP na forma de som.</td></tr><tr><td>plexiglass</td><td>Plaskolite (http://www.plaskolite.com/)</td><td>1X76204A</td><td>Usado para fazer berços que podem conectar a tubulação e o microfone para o RMP.</td></tr><tr><td>Chassi de aquisição de dados</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-1006</td><td>Para aquisição de dados.</td></tr><tr><td>Canal de aquisição de dados</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-4472</td><td>Para aquisição de dados.</td></tr><tr><td>Gerador</td><td>de funções thinkSRS (http://www.thinksrs.com/)</td><td>DS360</td><td>Para gerar sinal de ruído branco.</td></tr><tr><td>Pistonphone</td><td>B& K (http://www.bksv.com/)</td><td>4228</td><td>Para gerar ondas senoidais com frequência constante que serão usadas para calibrar o microfone de referência.</td></tr><tr><td>Alto-falante</td><td>Mackie (http://www.mackie.com/index.html)</td> <td>HD1531</td><td>Usado para converter o sinal de ruído branco elétrico em som. É a fonte sonora para calibrar o RMP.</td></tr><tr><td>MatLab</td><td>Mathworks (http://www.mathworks.com/)</td><td></td><td>Usado para processar dados experimentais.</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td></td><td>Usado controla o hardware para aquisição de dados e registra os dados.</td></tr></tbody></table>

a medição da pressão de superfície instável usando um microfone sonda remota

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Os microfones são amplamente aplicados para medir flutuações de pressão nas paredes de corpos sólidos imersos em fluxos turbulentos. Movimentos turbulentos com várias escalas de comprimento características podem resultar em flutuações de pressão em uma ampla faixa de frequência. Essa propriedade da turbulência requer que os dispositivos sensores tenham sensibilidade suficiente em uma ampla faixa de frequências. Além disso, as pequenas escalas de comprimento características de estruturas turbulentas requerem pequenas áreas de detecção e a capacidade de colocar os sensores muito próximos uns dos outros. As geometrias complexas dos corpos sólidos, muitas vezes incluindo grandes curvaturas ou descontinuidades da superfície, exigem que a sonda tenha a capacidade de ser configurada em espaços muito limitados. O desenvolvimento de uma sonda de microfone remoto, que é barata, consistente e repetível, é descrito na presente comunicação. Ele permite a medição de flutuações de pressão com alta resolução espacial e resposta dinâmica em uma ampla faixa de frequências. A sonda é pequena o suficiente para ser colocada no interior de modelos típicos de túnel de vento. A sonda do microfone remoto inclui um tubo pequeno, rígido e oco que penetra na superfície do modelo para formar a área de detecção. Este tubo é conectado a um microfone padrão, a alguma distância da superfície, usando uma junção em "T". Um método experimental é introduzido para determinar a resposta dinâmica da sonda do microfone remoto. Além disso, é descrito um método analítico para determinar a resposta dinâmica. O método analítico pode ser aplicado na fase de projeto para determinar as dimensões e propriedades dos componentes RMP.

Os resultados da calibração de dois modelos representativos RMP são mostrados nesta seção. O primeiro é usado um 5.35 cm tubo primário, eo segundo é usado um 10,4 cm tubo primário. As terminações dissipativas são 4,75 m de comprimento para ambos os RMP. A coerência entre as flutuações de pressão medidos pelo microfone no PGR e pelo microfone de referência é mostrado na Figura 3. Os dados mostram um valor próxi...

Aqui, apresentamos um protocolo para medir, com alta resolução espacial, a pressão superficial instável em escoamentos turbulentos. Este método demonstra a construção de uma sonda de microfone remoto (RMP) e a determinação de sua função de transferência complexa e dependente da frequência. Uma determinação analítica da resposta dinâmica é apresentada e validada.

A medição da pressão de superfície instável Usando um microfone sonda remota

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

O objetivo geral deste método experimental é realizar medições com alta resolução espacial das flutuações de pressão induzidas pela turbulência sobre superfícies de corpos imersos em escoamentos de fluidos. Este método pode ajudar a responder questões fundamentais nas áreas de dinâmica dos fluidos, aeroacústica e vibrações estruturais induzidas por escoamentos, tais como as características espaciais e temporais da pressão superficial não estacionária induzida por movimentos turbulentos em pequenas escalas de comprimento. A sonda microfônica remota pode fornecer informações detalhadas sobre as características dos campos de pressão superficial não estacionários, com resolução espacial relativamente alta em uma ampla faixa de frequências.Prepare-se para os experimentos construindo a sonda de microfone remoto. Isso requer vários componentes. Entre eles, o principal é um microfone pequeno que seja sensível às frequências de interesse.O tamanho dos componentes restantes depende da sensibilidade desejada e da resposta em frequência da sonda. Esta sonda utiliza um trecho de tubo de aço inoxidável com diâmetro interno de meio milímetro. Também requer um pedaço longo de tubo flexível, com diâmetro interno de 1,25 milímetro.Um pedaço personalizado de Plexiglass, cortado e perfurado, servirá como suporte para o microfone. Em um lado do suporte, há um orifício para acomodar o tubo de aço inoxidável. Na extremidade oposta do suporte, há outro orifício.É ao longo do mesmo eixo e acomoda o tubo macio. Esses dois orifícios são conectados através do Plexiglass. Na parte superior, há dois orifícios concêntricos.O orifício externo maior acomodará o microfone. O orifício interno menor acessa a cavidade. Esta seção transversal fornece um guia para a construção do suporte.Observe que o cone necessário para corresponder aos diâmetros dos orifícios laterais está próximo à entrada do tubo de aço inoxidável. Tenha o epóxi preparado para fixar os componentes no suporte. Pegue o microfone e posicione-o com sua membrana voltada para o suporte, acomodando-o em sua posição.Quando estiver na posição, aplique epóxi para fixá-lo no lugar. Em seguida, insira o tubo de aço inoxidável na abertura feita para ele antes de fixar com epóxi. Fixe o tubo flexível em sua posição da mesma maneira.Na outra extremidade da tubulação macia, utilize uma tampa para vedar o tubo. Com todos os elementos conectados ao suporte, esta sonda está pronta para ser utilizada em um experimento. Em seguida, concentre-se na superfície modelo para o experimento.Esta demonstração utiliza uma placa plana com pontos de medição preparados. Em um ponto de medição, deve haver um furo passante perpendicular à superfície. O furo deve ter o diâmetro externo do tubo de aço inoxidável presente na sonda.Para o experimento, instale a superfície do modelo no túnel de vento. Em seguida, obtenha uma sonda de microfone para fixar na superfície do modelo no orifício de medição. Pelo lado traseiro da superfície, introduza o tubo de aço inoxidável da sonda de microfone no orifício.A abertura do tubo deve ficar nivelada com a superfície de medição. Aplique epóxi no lado oposto ao local de medição para fixar o tubo no lugar. Com a sonda do microfone posicionada, envolva-a com espuma acústica para evitar que ruídos parasitas contaminem o sistema.Em seguida, trabalhe com o tubo anecoico macio proveniente da sonda. Retire a extremidade fechada da seção de teste do túnel de vento. Rodeie-a com painéis acústicos para isolá-la do ambiente ao redor.De volta à sonda, conecte o microfone às entradas de um amplificador de baixo ruído, localizado fora da seção técnica do túnel de vento. Em seguida, dirija-se à eletrônica localizada fora do túnel. O amplificador de baixo ruído está conectado ao sistema de aquisição de dados.Defina o ganho do amplificador em dez. A calibração da sonda do microfone remoto exige vários equipamentos. Na primeira fase, utilize um microfone de referência de alta qualidade com resposta independente da frequência, juntamente com o telefone de pistão.Além disso, deve haver um amplificador com sua saída conectada ao sistema de aquisição de dados. Conecte o microfone à entrada do amplificador e ajuste os ganhos de entrada e saída em dez decibéis. Em seguida, pegue o pistofone.Insira o microfone no telefone de pistão para a medição. Quando estiver pronto, ligue o telefone de pistão. Acesse o sistema de aquisição de dados para definir a frequência de aquisição e o número de amostras.Comece a adquirir e salvar a tensão do microfone de referência para calcular a constante de calibração. Uma vez determinada a constante de calibração, remova o microfone do pistofone. Agora, mova o microfone para a superfície do modelo, utilize um suporte para posicionar o microfone perpendicularmente à superfície, sobre o tubo de sonda, onde será medida a flutuação de pressão.Alinhe o microfone com o centro da tomada da sonda e a um milímetro acima dela. Os próximos passos exigem uma caixa acústica com amplificador interno conectada a um gerador de funções. Fixe a caixa acústica próximo à superfície do modelo e a 2,5 metros do microfone.O alto-falante deve estar desligado e o cone deve ser direcionado para a superfície do modelo. Fora do túnel de vento, trabalhe com o gerador de funções. Ligue-o e use a opção de ruído branco para fornecer o sinal acústico.Retorne ao alto-falante e certifique-se de que a amplificação está no mínimo. Em seguida, ligue o alto-falante e ajuste seu volume ao máximo possível sem causar danos. Retorne ao sistema de aquisição de dados.Adquira e salve os dados de séries temporais das saídas de tensão dos microfones de prova e de referência. A calibração é a etapa mais crítica deste procedimento. Para garantir o sucesso, utilize um modelo para prever a função de transferência e compare-o com os resultados experimentais.Além disso, utilize dispositivos de alta qualidade, incluindo o microfone de referência e o alto-falante. Estes são gráficos da coerência entre as flutuações de pressão medidas na sonda do microfone remoto e o microfone de referência em função da frequência. Este sistema de sonda possui um tubo primário com 5,35 centímetros de comprimento.Para comparação, esta sonda possui um tubo primário com 10,4 centímetros de comprimento. A coerência é superior a 0,97 na faixa de frequência de interesse. Estes gráficos representam a magnitude das funções de transferência das mesmas duas sondas.As curvas azuis são resultados experimentais. As curvas verdes são previsões teóricas. As previsões da resposta dinâmica são precisas na maior parte da faixa de frequência.Pequenas aberrações na sonda podem explicar as discrepâncias nas frequências médias e altas. A comparação dos dados com as previsões para a inclinação do deslocamento da face revela que as previsões são leves superestimativas. Isso pode ser devido a pequenos erros nas medições dos comprimentos dos tubos ou a variações de temperatura.Neste gráfico, a faixa cinza clara representa a amplitude dos dados espectrais de pressão na superfície anteriores obtidos em diversos números de Reynolds. Os pontos de dados representam medições realizadas com sondas de microfones remotos. As medições estão dentro da dispersão de valores observados na literatura publicada.Uma vez dominado, o procedimento de calibração de um único sensor microfônico remoto pode ser realizado em cinco minutos, se executado corretamente. Ao realizar este procedimento, é importante repetir a calibração com diversos níveis de volume do alto-falante para obter a maior coerência possível para o sensor microfônico remoto. Após esse desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para que pesquisadores explorassem as características das flutuações de pressão em superfícies com grande curvatura e espaçamento limitado sob condições de fluxo complexas.Trabalhar com alto-falantes que geram ruído branco em alto volume pode ser extremamente perigoso. Não se esqueça das precauções, como o uso de fones de ouvido atenuadores de ruído enquanto realiza este procedimento. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como montar, configurar e calibrar uma sonda microfônica remota.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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