Diese Forschung wurde ermöglicht durch Mittel aus dem US Office of Naval Research unter Grant No N000141210337, Deborah Nalchajian und Ronald Joslin.

1. Herstellung der Experimente <ol><li> Wählen Sie einen geeigneten Mikrofon, um die RMP zu bauen. Verwenden Sie einen Frequenzbereich des Mikrofons im Frequenzbereich von Interesse. HINWEIS: Bei diesem Experiment Druckschwankungen zwischen 100 und 10.000 Hz sind von Interesse. Die Messfrequenzbereich des ausgewählten Mikrofon von 100 bis 10.000 Hz. Die Größe des Mikrofons sollte so klein wie möglich sein, obwohl es keine spezifische Kriterien für die Größe sind. </li><li> Schätzung der Empfindlichkeit und der Frequenzgang des RMP System das Analyseverfahren im Anhang beschrieben ist. Die Empfindlichkeit und der Frequenzgang des RMP durch die Abmessungen der Rohre und Strukturen variiert. </li><li> Verwenden Sie einen Dremel die 0,5 mm Innendurchmesser Edelstahlrohr in einen 5,25 cm langes Stück geschnitten. </li><li> Mit Schere, schneiden Sie den 1,25-mm-Innendurchmesser weichen Schlauch in ein 4,75 m langes Stück. </li><li> Verwenden Sie eine Fräsmaschine, ein Stück Plexiglas in ein zu schneidenQuader. Die Länge, Breite und Höhe des Quaders sollte 2,54 cm, 1,27 cm und 1,27 cm bzw. sein. </li><li> Bohrungen mit 0,81, 2, 2,56 und 0,76 mm Durchmesser in der Plexiglas - Wiege, wie in Abbildung 2 gezeigt. </li><li> Mit einer Nadel Bohrer den Kegelschnitt des Plexiglas Wiege zu machen, wie in Abbildung 2 dargestellt. </li><li> Schauen Sie die Mikrofonempfindlichkeit im Handbuch des Herstellers, oder das Mikrofon kalibrieren unter Verwendung des Verfahrens eingeführt von Wong 18. </li><li> Setzen Sie das Mikrofon in den Plexiglas - Docking - Station, wie in Abbildung 2, und befestigen Sie das Mikrofon mit Epoxid. </li><li> Schließen Sie das Rohr aus rostfreiem Stahl und die weichen Schlauch in die Plexiglasschale und fixieren Sie diese mit Epoxid. </li><li> Ein Loch mit einem Durchmesser von 0,81 mm senkrecht zu der Modelloberfläche in der Position der Messung. </li></ol> 2. Versuchsaufbau <ol><li> Erröteneinfassung die primären Edelstahlrohre von derRMP Sensoren zur Modelloberfläche und fügen Epoxy die Edelstahlrohre in die entgegengesetzte Modelloberfläche zu befestigen, wie in Abbildung 2 dargestellt. </li><li> Surround die RMP mit Akustikschaum, um verunreinigen das System Störgeräuschen zu verhindern. </li><li> Verlegen Sie alle elektrischen Leitungen aus dem Testabschnitt des Tunnels. </li><li> Führen Sie das weiche anechoic Rohr aus dem Testabschnitt des Tunnels. </li><li> Schließen Sie das Ende des weichen anechoic Rohr mit einem Druckwandler, um Messungen des mittleren statischen Druck zu erhalten, gleichzeitig mit dem unsteten Druck. </li><li> Verbinden den RMP zu einem rauscharmen Verstärker und Datenerfassungssystem. </li><li> Stellen Sie den Verstärkungsfaktor des Verstärkers bis 10. Beachten Sie, dass der Wert des Verstärkungsfaktors kann von Fall zu Fall geändert werden. </li></ol> 3. Kalibrierung <ol><li> Wählen Sie ein Referenzmikrofon, die hohe Qualität und hat eine frequenzunabhängige Empfindlichkeit. </li><li> Verbinden Sie den ReferenzmikroTelefon mit dem Eingang eines Verstärkers und den Ausgang des Verstärkers mit dem Datenerfassungssystem zu verbinden. </li><li> Gesetzt, sowohl die Eingangsverstärkung und Ausgangsverstärkung des Verstärkers 10 dB. Beachten Sie, dass der Verstärkungsfaktor unter verschiedenen Messbedingungen variiert werden kann. </li><li> Legen Sie das Referenzmikrofon in eine Pistonphon, wie sie in der ergänzenden Abbildung dargestellt. </li><li> Schalten Sie den Pistonphon. </li><li> Stellen Sie die Aufnahmefrequenz bis 4000 Hz. </li><li> Legen Sie die Anzahl der Proben auf 240.000. </li><li> Erfassen und die Spannungsausgabe von dem Referenzmikrofon speichern. </li><li> Berechnen Sie die Kalibrierungskonstante des Referenzmikrofon. Die Kalibrierungskonstante, C ref, ist das Verhältnis der Standardabweichung der Pistonphon erzeugten Schalldruck, der Standardabweichung der Spannungsausgang des Referenzmikrofon. </li><li> Wiederholen Sie den Kalibrierungsprozess (Schritte 3.8 und 3.9) mehrmals. Verwenden Sie den Mittelwert, C ref, wie die Kalibrierung konstant. </li> &lt;li&gt; Den Referenzmikrofon senkrecht zu der festen Oberfläche , über die die Druckschwankung gemessen wird, wie in Abbildung 1 dargestellt. </li><li> Richten Sie die Mitte des Referenzmikrofon mit dem RMP Hahn. Verwenden Sie einen Abstand zwischen dem Referenzmikrofon und dem RMP Hahn von 1 mm. </li><li> Setzen Sie den Lautsprecher in der Nähe des Testmodells. Verwenden, um eine Entfernung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon von 2,5 m für diese Messungen. </li><li> Schließen Sie den Lautsprecher an einen Funktionsgenerator und schalten Sie den Funktionsgenerator. </li><li> Verwenden Sie das &quot;weiße Rauschen&quot; Option der Funktionsgenerator das gewünschte akustische Signal zu liefern , und stellen Sie die mittlere quadratische Spannung V rms, bis 0,4 V. </li><li> Stellen Sie die Lautstärke des Lautsprechers auf das Minimum. </li><li> Schalten Sie den Lautsprecher. </li><li> Stellen Sie die Lautstärke des Lautsprecherverstärker so hoch wie möglich, ohne die Lautsprecher beschädigen. Beachten Sie, dass die meisten Lautsprecher eine Kontrollleuchte haben th zu warnene Benutzer, wenn die Ausgangsamplitude über dem Lautsprecher Bereich. </li><li> Erwerben und Zeitreihendaten aus den Ausgangsspannungen von sowohl dem Referenzmikrophon und dem RMP unter Verwendung einer Abtastfrequenz von 40000 Hz für 60 Sekunden zu speichern. </li><li> Berechnen Sie die Zeitreihenwerte des Schalldruckschwankung, die durch den Lautsprecher und das Funktionsgenerator erzeugt wird, und durch das Referenzmikrofon gemessen. Dies ist einfach das Produkt aus der Zeitreihenspannungsausgabe von dem Referenzmikrofon, <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq3.jpg" /> Und seine Kalibrierungskonstante, <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq4.jpg" /> ; <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq5.jpg" /> . Man beachte, dass die Zeitreihen-Schalldruck, <img alt="Gleichung 6" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq6.jpg" /> Ist auch die Druckschwankung am Abgriff des RMP. </li><li> Berechnen Sie die Zeitreihenschalldruckschwankungen durch das Mikrofon gemessen in der RMP ein<html> s das Produkt der Zeitreihenspannungsausgang von der RMP, <img alt="Gleichung 7" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq7.jpg" /> Und die Mikrofonempfindlichkeit, <img alt="Gleichung 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> ; <img alt="Gleichung 9" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq9.jpg" /> . Beachten Sie, dass die Mikrofonempfindlichkeit, <img alt="Gleichung 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> Sollte vom Hersteller bereitgestellt werden. </li><li> Berechnen Sie die Auto-Spektraldichte, <img alt="Gleichung 10" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq10.jpg" /> von <img alt="Gleichung 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . Berechnen Sie die Auto-Spektraldichte, <img alt="Gleichung 12" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq12.jpg" /> von <img alt="Gleichung 13" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq13.jpg" /> . Berechnen Sie die Quer Spektraldichte, <img alt="Gleichung 14" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq14.jpg" /> , zwischen.jpg &quot;/&gt; und <img alt="Gleichung 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . Die Auto-spektralen Dichten und Quer Spektraldichte werden durch Bendat und Piersol 19 definiert. </li><li> Berechnen Sie die Übertragungsfunktion als <img alt="Gleichung 15" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq15.jpg" /> . </li><li> Berechnen Sie die Kohärenzfunktion als <img alt="Gleichung 16" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq16.jpg" /> , Wobei das Sternchen repräsentiert die komplex Konjugierte. </li><li> Entfernen Sie das Referenzmikrofon. </li><li> Schalten Sie den Lautsprecher und Funktionsgenerator aus. </li><li> Entfernen Sie den Lautsprecher. </li></ol> 4. Datenerfassung <ol><li> Schalten Sie den Windkanal. </li><li> Notieren Sie die Zeitreihenspannungsausgang, <img alt="Gleichung 17" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq17.jpg" /> Des RMP mit dem Datenerfassungssystem. Verwenden Sie eine Abtastfrequenz von 40.000 Hz. Verwenden Sie eine Dauer des Erwerbs von 64 sec. </li><li> Schalten Sie den Windkanal ab. </li></ol><ol><li> Berechnen Sie den Schalldruckschwankungen, <img alt="Gleichung 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> , Durch das Mikrofon in der RMP gemessen als <img alt="Gleichung 19" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq19.jpg" /> . </li><li> Berechnen Sie die Auto-Spektraldichte, <img alt="Gleichung 20" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq20.jpg" /> , Der Oberflächendruckschwankung als <img alt="Gleichung 21" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq21.jpg" /> , woher <img alt="Gleichung 22" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq22.jpg" /> wird die Auto-Spektraldichte des Schwankungsschalldruck durch das Mikrofon in der RMP gemessen <img alt="Gleichung 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> . </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

The measurement of USP in wind tunnel experiments is needed for many applications related to aeroacoustics and flow-induced vibrations. Compared to existing methods, such as flush-mounted imbedded sensors, PSP, or vibrated membranes, the method described here allows for accurate measurements with a high sensitivity to large-magnitude fluctuation over a wide range of frequencies. More importantly, it also provides a method for USP measurements using a small sensing area that minimizes the spatial averaging effects describ...

Der Fluidfluss über Oberflächen führt in der Regel zu Unsicherheit und Turbulenzen, die in unstabile Unterdruck (USP) zur Folge haben. Strömungsinduzierten Geräusche und Vibrationen sind oft ein direktes Ergebnis dieser Unbeständigkeit. Der abgestrahlte Schall erzeugt durch Lüfter, Propeller und Windkraftanlagen werden von Quellen dominiert USP 1 bezogen. Messungen der räumlichen und zeitlichen Eigenschaften der USP in turbulenten Strömungen sind in der Regel erforderlich, um den abgestrahlten Schall zu prognostizieren. Die statistische Charakterisierung von USP wird in der Regel in Form von auto-Spektraldichte gegeben, Zweipunkt Quer Spektraldichten und räumliche Korrelationsfunktionen 2, 3. Der Frequenzgang kann je nach Anwendungsfall erforderlich variieren. In vielen Windkanal-Anwendungen, eine Antwort von 10 kHz bis 20 kHz reicht. Die kleinen Skalen der turbulenten Bewegung erfordern oft Erfassungsbereiche und Sensor weniger als 1 mm zu sein Abstand. Extensive experimentelle Studien wurden zur Erzielung turbulenzbedingten Druckschwankungen durchgeführt. Eine direkte Methode verwendet Putz-eingebetteten Sensoren. Bei diesem Verfahren wird oft große Anordnungen von Mikrofonen, denn jeder Sensor nur die Druckschwankung an einem diskreten Punkt messen kann. Typische Sensoren in diesem Verfahren verwendet werden , sind piezoelektrische Wandler, vorgeschlagen von Gautschi 4. Arrays von piezoelektrischen Sensoren kann teuer sein, und der Frequenzbereich der Messung ist oft weniger als 10 kHz. Direkte Aufputz Mikrophone werden oft als kostengünstige USP Sensoren 5 eingesetzt. Mikrofone haben eine hohe Empfindlichkeit, die einen wesentlichen Vorteil für die Low-Speed-Flows ist. Dies führt jedoch auch zu dem Risiko der Sensor Sättigung, wenn große Amplitudenschwankungen des Drucks vorhanden sind. Diese Methode ist nicht geeignet für Oberflächen mit großen Krümmungen, Diskontinuitäten oder Geometrien, die zu dünn sind, um den gesamten Sensor enthalten. 6 zu verwenden. Die zeit- und raumabhängigen Schwingungsbewegungen werden gemessen und dann umgewandelt Druck Statistiken mit bekannten mechanischen Eigenschaften der Membran an die Oberfläche. Diese Methode erfordert eine sorgfältige Planung, Ausführung, und eine genaue Kalibrierung der dynamischen Reaktion der Membran. Zusätzlich sind die Schwingungsmesstechnik, wie beispielsweise Laser-Doppler-Vibrometer, teuer. Schließlich kann dieses Verfahren nur auf ebenen Oberflächen aufgebracht werden. Haftlack (PSP) ist eine weitere Technik, die verwendet werden kann, die unstabile Unterdruck zu messen. Diese Technik erfordert die Oberflächen in einem transparenten Polymerbindemittel beschichtet werden, die innerhalb der Moleküle führt zu einem höheren Energiezustand angeregt werden, da sie durch Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet werden. Da die Moleküle Sauerstoff Abschrecken unterzogen, ist Energie remit einer Rate proportional zum Sauerstoffpartialdruck als Licht geleasten, was zu Lumineszenz, die dem Oberflächendruck 7 umgekehrt proportional ist. Der größte Nachteil an PSP Verfahren ist die relativ geringe Empfindlichkeit der Messung, wenn sie Mikrofone verglichen. Dies begrenzt die Anwendung der PSP zu relativ hoher Geschwindigkeit fließt. Die vorliegende Mitteilung beschreibt ein Verfahren zur USP, die eine Remote-Mikrofon-Sonde (RMP) verwendet. Diese Methode wurde zuerst von Englund und Richards 8 beschrieben. Das Konzept verwendet ein Standard-Kleinmikrofon, das an der Oberfläche Druckarmatur mit einem Hohlrohr verbunden ist. Der schwankende Druck an der Modelloberfläche in der Form von Schallwellen in den Schlauch fahren. Die Schlauch wirkt als &quot;Wellenleiter&quot;, um das Mikrofon zu ermöglichen, die auf den Schlauch senkrecht montiert ist, die Schallwellen zu messen. Die Wellen dann in eine andere Röhre weiter, die lang genug ist, mit großer Amplitude akustische r zu beseitigeneflections. Englund und Richards angewendet , um einen analytischen Ansatz umrissen von Bergh und Tijdeman 9 , um die Dynamik des RMP zu bestimmen. Perrenes und Roger 10 verwendet , um eine RMP Oberflächendruck über einen zweidimensionalen Strömungsprofils mit Hochauftriebsvorrichtungen zu messen. Sie entwickelten eine Sonde mit einem Durchmesser von 0,5 mm Kapillarrohr an der Oberfläche, die zu einer 27 cm langen starren Rohr verbunden wurde, die von 0,7 mm bis 2,5 mm über zwei getrennte Stufenänderungen erweitert. Jeder Schritt Änderung verursacht eine relativ große Änderung in der akustischen Impedanz des Rohres. 11 Leclercq und Bohineust studierte die Wanddruckfeld unter einer turbulenten Grenzschicht. Sie benutzten einen konstanten Durchmesser RMP, wie von Franzoni und Elliott 12 vorgeschlagen. Jedoch war die dynamische Reaktion hoch genug, nur in einem begrenzten Frequenzbereich. Arguillat et al. 13 eine RMP entworfen um das Rauschen zu dem Inneren eines Fahrzeugabteils übertragen zu studieren. Sie testetenverschiedene Rohre, die die Druckschwankungen auf die Mikrofone zu leiten. Yang et al. 14 für die Schlauchverzerrung korrigiert durch einen Rohrübertragungsfunktion Ansatz, der dem in diesem Bericht führte ähnlich ist. Hoarau et al. 15 untersuchten die Wanddruckverlauf hinter einem abgetrennten Bereich. Die RMP, die sie entworfen hatte konstanten Innendurchmesser und der Schlauch war völlig nicht starr. Nach den bisherigen Untersuchungen erhalten die Genauigkeit der Oberflächendruckmessungen RMPs Verwendung ist vor allem abhängig von der Bestimmung der frequenzabhängigen Übertragungsfunktion der Sonde, die den Oberflächendruck an dem Mikrofon Druck bezieht. In den folgenden Abschnitten wird eine RMP Geometrie beschreiben, die sowohl einfach als auch wirksam ist. Experimentelle und analytische Verfahren werden in der Reihenfolge eingeführt und validiert werden, um genau die dynamische Reaktion des RMP bestimmen. Das Analysemodell ermöglicht eine RMP o zu seinin der Planungsphase für eine potenziell breite Palette von Anwendungen ptimized. RMPs kann verwendet werden, um Druckschwankungen über einen weiten Bereich von Frequenzen gemessen werden. Die relativ hohe räumliche Auflösung können detaillierte Informationen über die Merkmale des räumlich verteilten instationären Druckfeld 16 bieten. Da die Sonde klein ist, kann RMPs Druckschwankungen über komplexe Geometrien, wie beispielsweise große Krümmungen oder geringem Abstand 17 zur Messung verwendet werden. Zusätzlich kann das Rohr die Oberfläche berühren und die Mikrofonsensorverbindungs ​​reduzieren die Größe der induzierten Druckschwankungen am Mikrophon. Auf diese Weise erhält man die richtige Gestaltung von RMP Sensorgeometrie und Parameter ein Verfahren zur USP Eigenschaften zu erhalten, die deutlich weniger restriktiv sind, wenn sie im Vergleich zu Unterputz das Mikrofon direkt an der Oberfläche des Modells. Struktur der RMPThe allgemeine Struktur des RMP ist in Abbildung 1 gezeigt </strong&gt;. Die RMP besteht aus einem Rohr von der Modelloberfläche zu einer Expansionsabschnitt führenden und einem zweiten Rohr von dem Expansionsabschnitt zu einer Verlängerung &quot;Wiege&quot;. Ein drittes Rohr wird dann als anechoic Beendigung handeln verbunden. Die Wiege ist eine bearbeitete Kunststoffkomponente für das Gehäuse des Mikrofons und die Rohrverbindungen verwendet. Die Einzelheiten des RMP-Struktur kann für verschiedene Versuchsbedingungen eingestellt werden. Der Zweck des zweiten, im Durchmesser größeren Rohr ist der relativ voluminöse Mikrofon und Wiege zu ermöglichen, von dem Punkt der USP-Messung angeordnet zu werden weiter, ohne die Messempfindlichkeit verringert wird. Dieser zweite Schlauch kann beseitigt werden, wenn es nicht erforderlich, und der Expansionsabschnitt ist, kann in der Halterung eingebaut werden. Die schalltoten Beendigung wurde aus weichem Kunststoff, die in etwa 2 bis 3 m in der Länge war. Für diese Demonstration wurde das Design des RMP optimiert für die Messung von Oberflächendruckschwankungen unter einem turbulent Grenzschicht ohne Strömungs Druckgradienten, wie in Figur 2 gezeigt. Das zweite Rohr eliminiert wurde. Die Wirkung der beiden unterschiedlichen Längen der ersten Röhre beobachtet. Das erste Rohr war aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm und einem Außendurchmesser von 0,81 mm hergestellt. Die Längen des ersten Rohrs waren 5,35 und 10,40 cm. Der Innendurchmesser des Einlasses der Expansionsabschnitt, der in die Halterung eingebaut wurde, betrug 0,5 mm, und der Innendurchmesser des Austritts betrug 1,25 mm, der dem Innendurchmesser des Ableitungs Beendigung identisch war. Der Winkel des Expansionsabschnitts betrug 7 °. Es war ein Loch in der Docking-Station mit einem 1,25 mm Durchmesser, um den Expansionsabschnitt mit dem schalltoten Beendigung reibungslos verbinden. Der Erfassungsbereich wurde auf die 1,25-mm-Loch durch eine senkrecht 0,75 mm Bohrung verbunden.

<table><tbody><tr><td>Microphone</td><td>ACO Pacific (http://www.acopacific.com/)</td><td>7016</td><td>Used to measure the sound pressure and calibrate the RMP as a reference.</td></tr><tr><td>Microphone</td><td>Knowles (http://www.knowles.com/eng)</td><td>FG-23629-C36</td><td>Used to measure the pressure fluctuation as a part of the RMP.</td></tr><tr><td>Microbore Tubing</td><td>Saint-gobain (http://www.biopharm.saint-gobain.com/en/index.asp)</td><td>Tygon ND 100-80</td><td>Used to dissipate the sound waves as a dissipation termination.</td></tr><tr><td>Hypodermic Tubing</td><td>MicroGroup (http://www.microgroup.com/)</td><td>304H21RW</td><td>Used to connect the surface tap and allow the surface pressure fluctuation to convect to the microphone in the RMP in the form of sound.</td></tr><tr><td>Hypodermic Tubing</td><td>MicroGroup (http://www.microgroup.com/)</td><td>304H14H</td><td>Used to reduce the dissipative effect and allow the surface pressure fluctuation to convect to the microphone in the RMP in the form of sound.</td></tr><tr><td>plexiglass</td><td>Plaskolite (http://www.plaskolite.com/)</td><td>1X76204A</td><td>Used to make cradles which can connect the tubing and the microphone for the RMP.</td></tr><tr><td>Data acquisition chassis</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-1006</td><td>For data acquisition.</td></tr><tr><td>Data acquisition channel</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td>PXI-4472</td><td>For data acquisiton.</td></tr><tr><td>Function generator</td><td>thinkSRS (http://www.thinksrs.com/)</td><td>DS360</td><td>To generate white noise signal.</td></tr><tr><td>Pistonphone</td><td>B&amp;amp;K (http://www.bksv.com/)</td><td>4228</td><td>To generate sine waves with constant frequency which will be used to calibrate the reference microphone.</td></tr><tr><td>Loudspeaker</td><td>Mackie (http://www.mackie.com/index.html)</td><td>HD1531</td><td>Used to convert the electrical white noise signal into sound. It is the sound source for calibrating the RMP.</td></tr><tr><td>MatLab</td><td>Mathworks (http://www.mathworks.com/)</td><td></td><td>Used to process experimental data.</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments (http://www.ni.com/)</td><td></td><td>Used control the hardware for data acquisition and record the data.</td></tr></tbody></table>

the measurement of unsteady surface pressure using a remote microphone probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

Ergebnisse der Kalibrierung von zwei repräsentativen RMP-Designs sind in diesem Abschnitt dargestellt. Die erste verwendet eine 5,35 cm Primärrohr und das zweite verwendet eine 10,4 cm Primärschlauch. Die ableitende Abschlüsse sind 4,75 m lang für beide RMPs. Die Kohärenz zwischen den Druckschwankungen durch das Mikrofon gemessen in der RMP und durch das Referenzmikrofon ist in Abbildung 3 dargestellt. D...

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The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

Die Messung der Unsteady Flächenpressung eines Remote-Mikrofon-Sonde

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

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Fluid Properties

SCIENTISTS IN ACTION

6.9K Aufrufe.  University of Notre Dame. Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

Serie: The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study evaporation under various surface boundary conditions to improve our current understanding and characterization of this multiphase phenomenon as well as to validate numerical heat and mass transfer theories that couple Navier-Stokes flow in the atmosphere and Darcian flow in the porous media. Experimental data were collected using a unique soil tank apparatus interfaced with a small climate controlled wind tunnel. The experimental apparatus was instrumented with a suite of state of the art sensor technologies for the continuous and autonomous collection of soil moisture, soil thermal properties, soil and air temperature, relative humidity, and wind speed. This experimental apparatus can be used to generate data under well controlled boundary conditions, allowing for better control and gathering of accurate data at scales of interest not feasible in the field. Induced airflow at several distinct wind speeds over the soil surface resulted in unique behavior of heat and mass transfer during the different evaporative stages.

A protocol for the design and construction of a soil tank interfaced to a small climate controlled wind tunnel to study the effects of atmospheric forcings on evaporation is presented. Both the soil tank and wind tunnel are instrumented with sensor technologies for the continuous in situ measurement of environmental conditions.

Ausflüge in die Auswirkungen der Luft Antriebe auf Verdunstung: Experimental Integration der atmosphärischen Grenzschicht und oberflächennahen Untergrundes

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

Forschung

Umwelt

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures up to many hundreds of megapascals. In this respect the simplicity of the Hopkinson pressure bar has a major advantage in that while the measurement end of the Hopkinson bar can endure and be exposed to harsh conditions, the strain gauge mounted to the bar can be affixed some distance away. This allows protective housings to be utilized which protect the strain gauge but do not interfere with the measurement acquisition. The use of an array of pressure bars allows the pressure-time histories at discrete known points to be measured. This article also describes the interpolation routine used to derive pressure-time histories at un-instrumented locations on the plane of interest. Currently the technique has been used to measure loading from high explosives in free air and buried shallowly in various soils.

This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.

Explosion Quantifizierung Mit Hopkinson Pressure Bars

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

Ingenieurwesen

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. Polyps and nodules, which are geometric abnormalities that form on the medial surface of the vocal folds, can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Our laboratory has reported particle image velocimetry (PIV) measurements, within an investigation of a model polyp located on the medial surface of an in&#160;vitro driven vocal fold model, which show that such a geometric abnormality considerably disrupts the glottal jet behavior. This flow field adjustment is a likely reason for the severe degradation of the vocal quality in patients with polyps. A more complete understanding of the formation and propagation of vortical structures from a geometric protuberance, such as a vocal fold polyp, and the resulting influence on the aerodynamic loadings that drive the vocal fold dynamics, is necessary for advancing the treatment of this pathological condition. The present investigation concerns the three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted prolate hemispheroid with a 2:1 aspect ratio in cross flow, i.e. a model vocal fold polyp, using an oil-film visualization technique. Unsteady, three-dimensional flow separation and its impact of the wall pressure loading are examined using skin friction line visualization and wall pressure measurements.

Vocal fold polyps can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted model polyp and its impact on the wall pressure loading are examined using particle image velocimetry, skin friction line visualization, and wall pressure measurements.

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Biotechnik

Manufacturing Simple and Inexpensive Soil Surface Temperature and Gravimetric Water Content Sensors

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. However, at the soil surface these variables are highly dynamic and standard sensors do not explicitly measure temperature or moisture in the upper few millimeters of the soil profile. This paper describes methods for manufacturing simple, inexpensive sensors that simultaneously measure the temperature and moisture of the upper 5 mm of the soil surface. In addition to sensor construction, steps for quality control, as well as for calibration for various substrates, are explained. The sensors incorporate a Type E thermocouple to measure temperature and assess soil moisture by measuring the resistance between two gold-plated metal probes at the end of the sensor at a depth of 5 mm. The methods presented here can be altered to customize probes for different depths or substrates. These sensors have been effective in a variety of environments and have endured months of heavy rains in tropical forests as well as intense solar radiation in deserts of the southwestern U.S. Results demonstrate the effectiveness of these sensors for evaluating warming, drying, and freezing of the soil surface in a global change experiment.

Accurately measuring temperature and water content of the upper 5 mm of the soil surface can improve our understanding of environmental controls on biological, chemical, and physical processes. Here we describe a protocol for manufacturing, calibrating, and conducting measurements with soil surface temperature and moisture sensors.

Herstellung einfacher und kostengünstiger Bodenoberflächentemperatur- und Gravimetrischer Wassergehaltssensoren

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

Messungen der Wellen in einem Wind-Welle-Tank unter stetigen und zeitlich veränderliche Wind zwingt

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

The purpose of the protocol is to indirectly evaluate the direction of the finger force during manipulation of a handheld object based on the biomechanical relationships in which deviated force direction causes center of pressure (COP) replacement. To evaluate this, a thin, flexible, and high spatial resolution pressure sensor sheet is used. The system allows measurement of the COP trajectory in addition to the force amplitude and its temporal regulation. A series of experiments found that increased trajectory length reflected a sensorimotor deficit in stroke patients, and that decreased COP trajectory reflects a compensatory strategy to avoid an object slipping from the hand grip in the elderly. Moreover, the COP trajectory could also be decreased by dual task interference. This article describes the experimental procedure and discusses how finger COP contributes to an understanding of the physiology and pathophysiology of grasping.

The goal of this protocol is to measure the center of pressure (COP) replacement using a high spatial resolution sensor sheet to reflect the spatial stability in a precision grip. The use of this protocol could contribute to greater understanding of the physiology and pathophysiology of grasping.

Messung der räumlichen Stabilität im Präzisionsgriff

The purpose of the protocol is to indirectly evaluate the direction of the finger force during manipulation of a handheld object based on the ...

Verhalten

Mechano-Node-Pore Sensing: A Rapid, Label-Free Platform for Multi-Parameter Single-Cell Viscoelastic Measurements

Cellular mechanical properties are involved in a wide variety of biological processes and diseases, ranging from stem cell differentiation to cancer metastasis. Conventional methods for measuring these properties, such as atomic force microscopy (AFM) and micropipette aspiration (MA), capture rich information, reflecting a cell's full viscoelastic response; however, these methods are limited by very low throughput. High-throughput approaches, such as real-time deformability cytometry (RT-DC), can only measure limited mechanical information, as they are often restricted to single-parameter readouts that only reflect a cell's elastic properties. In contrast to these methods, mechano-node-pore sensing (mechano-NPS) is a flexible, label-free microfluidic platform that bridges the gap in achieving multi-parameter viscoelastic measurements of a cell with moderate throughput. A direct current (DC) measurement is used to monitor cells as they transit a microfluidic channel, tracking their size and velocity before, during, and after they are forced through a narrow constriction. This information (i.e., size and velocity) is used to quantify each cell's transverse deformation, resistance to deformation, and recovery from deformation. In general, this electronics-based microfluidic platform provides multiple viscoelastic cell properties, and thus a more complete picture of a cell's mechanical state. Because it requires minimal sample preparation, utilizes a straightforward electronic measurement (in contrast to a high-speed camera), and takes advantage of standard soft lithography fabrication, the implementation of this platform is simple, accessible, and adaptable to downstream analysis. This platform's flexibility, utility, and sensitivity have provided unique mechanical information on a diverse range of cells, with the potential for many more applications in basic science and clinical diagnostics.

Presented here is a method to mechanically phenotype single cells using an electronics-based microfluidic platform called mechano-node-pore sensing (mechano-NPS). This platform maintains moderate throughput of 1-10 cells/s while measuring both the elastic and viscous biophysical properties of cells.

Mechano-Node-Pore Sensing: Eine schnelle, markierungsfreie Plattform für viskoelastische Multiparameter-Einzelzellmessungen

Cellular mechanical properties are involved in a wide variety of biological processes and diseases, ranging from stem cell differentiation to cancer ...

Ein maßgeschneidertes Druckmesssystem zur Aufzeichnung von nicht-nutritiven Saugstößen

Non-Nutritive Suck Parameters Measurements Using a Custom Pressure Transducer System

The non-nutritive suck (NNS) device is a transportable, user-friendly pressure transducer system that quantifies infants' NNS behavior on a pacifier. Recording and analysis of the NNS signal using our system can provide measures of an infant's NNS burst duration (s), amplitude (cmH2O), and frequency (Hz). Accurate, reliable, and quantitative assessment of NNS has immense value in serving as a biomarker for future feeding, speech-language, cognitive, and motor development. The NNS device has been used in numerous research lines, some of which have included measuring NNS features to investigate the effects of feeding-related interventions, characterizing NNS development across populations, and correlating sucking behaviors with subsequent neurodevelopment. The device has also been used in environmental health research to examine how exposures in utero can influence infant NNS development. Thus, the overarching goal in research and clinical utilization of the NNS device is to correlate NNS parameters with neurodevelopmental outcomes to identify children at risk for developmental delays and provide rapid early intervention.

Autor im Rampenlicht: Implikationen von nicht-nutritivem Saugen auf die Sprachentstehung und die Entwicklung von Säuglingen

The non-nutritive suck (NNS) device can easily collect and quantify NNS features using a pacifier connected to a pressure transducer and recorded through a data acquisition system and laptop. Quantification of NNS parameters can provide valuable insight into a child's current and future neurodevelopment.

Messung von nicht-nutritiven Saugparametern mit einem kundenspezifischen Druckmessumformersystem

The non-nutritive suck (NNS) device is a transportable, user-friendly pressure transducer system that quantifies infants' NNS behavior on a pacifier. ...

Die Messung der Unsteady Flächenpressung eines Remote-Mikrofon-Sonde

Zusammenfassung

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Ausflüge in die Auswirkungen der Luft Antriebe auf Verdunstung: Experimental Integration der atmosphärischen Grenzschicht und oberflächennahen Untergrundes

Explosion Quantifizierung Mit Hopkinson Pressure Bars

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

Herstellung einfacher und kostengünstiger Bodenoberflächentemperatur- und Gravimetrischer Wassergehaltssensoren

Messungen der Wellen in einem Wind-Welle-Tank unter stetigen und zeitlich veränderliche Wind zwingt

Messung der räumlichen Stabilität im Präzisionsgriff

Mechano-Node-Pore Sensing: Eine schnelle, markierungsfreie Plattform für viskoelastische Multiparameter-Einzelzellmessungen

Messung von nicht-nutritiven Saugparametern mit einem kundenspezifischen Druckmessumformersystem

Messung von nicht-nutritiven Saugparametern mit einem kundenspezifischen Druckmessumformersystem

Messung von nicht-nutritiven Saugparametern mit einem kundenspezifischen Druckmessumformersystem