СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОФОНОВ МЕТОДОМ СЛИЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке гидрофонов (Г) методом сличения.

Известен способ градуировки Г методом сличения, заключающийся в расположении градуируемого и эталонного гидрофонов в гидроакустическом бассейне на известных расстояниях Z_Г и Z_Э от гидроакустического излучателя и облучении их тонально-импульсными входными сигналами, последующей регистрации выходных сигналов, при этом чувствительность M(t)_Г градуируемого гидрофона определяется по формуле: $$M{\left(t\right)}_{Г}=M{\left(t\right)}_{Э}\frac{\left|S{\left(t\right)}_{Г}\right|}{\left|S{\left(t\right)}_{Э}\right|}\cdot \frac{Z_{Г}}{Z_{Э}},\text{ (1)}$$

где M(t)_Э - чувствительность эталонного гидрофона на частоте F; S(t)_Э, S(t)_Г - спектральные коэффициенты дискретного преобразования Фурье на временном промежутке 0-Т выходных сигналов эталонного и градуируемого гидрофонов, Т - момент времени прихода первого отраженного сигнала от стенок бассейна или поверхности воды; Z_Г, Z_Э - расстояния между акустическими центрами излучателя и градуируемого и эталонного гидрофонов соответственно (Боббер Р.Дж. гидроакустические измерения. Пер. с англ. Под ред. А.Н. Голенкова. М.: Мир, 1974, стр.30-38).

Данный способ принят за прототип.

Недостатком прототипа являются погрешности градуировки, связанные с наличием отражений тонально-импульсного сигнала, подаваемого с излучателя на гидрофон, от элементов конструкции корпуса гидрофона, обтекателя и креплений, а также от поверхности воды и стенок бассейна.

Применение преобразования Фурье тонально-импульсного сигнала позволяет уменьшить эти погрешности, но не исключает их совсем.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности градуировки гидрофонов методом сличения.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе градуировки гидрофонов методом сличения, заключающемся в расположении градуируемого и эталонного гидрофонов в гидроакустическом бассейне на известных расстояниях Z_Г и Z_Э от гидроакустического излучателя и облучении их тонально-импульсными входными сигналами, последующей регистрации выходных сигналов, при этом чувствительность M(t)_Г градуируемого гидрофона определяется по формуле: $$M{\left(t\right)}_{Г}=M{\left(t\right)}_{Э}\frac{\left|S{\left(t\right)}_{Г}\right|}{\left|S{\left(t\right)}_{Э}\right|}\cdot \frac{Z_{Г}}{Z_{Э}}$$ , в качестве тонально-импульсного сигнала используют однопериодный тонально-импульсный сигнал с гауссовой огибающей, где M(t)_Э - чувствительность эталонного гидрофона на частоте F; S(t)_Э, S(t)_Г - спектральные коэффициенты дискретного преобразования Фурье на временном промежутке 0-Т выходных сигналов эталонного и градуируемого гидрофонов, Т - момент времени прихода первого отраженного сигнала от стенок бассейна или поверхности воды; Z_Г, Z_Э - расстояния между акустическими центрами излучателя и градуируемого и эталонного гидрофонов соответственно.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема реализации способа; на фиг.2, 3, 4, 5 - диаграммы, поясняющие существо способа.

Стандартная процедура градуировки Г методом сличения [1] заключается в следующем.

Градуируемый и эталонный Г располагают на известных расстояниях Z_Г и Z_Э от гидроакустического излучателя (И).

Затем с помощью приведенной на фиг.1 схемы формируют тонально-импульсный сигнал, который после обработки принимают градуируемым и эталонным Г. При этом чувствительность Г определяют по формуле (1).

Передача тонально-импульсного сигнала от И до градуируемого и эталонного Г осуществляется с помощью схемы фиг.1, состоящей из задающего генератора 1 (3Г1), модулятора 2 (М2), усилителя 3 мощности (УМ3), опорного генератора 4 (ОГ4) и формирователя 5 (Ф5) импульсов гауссовой формы. Электрические связи блоков представлены на фиг.1.

Блоки 1, 2, 3, 4, 5 формируют излучающий тракт (ИТ6).

Имеется такой приемо-измерительный тракт 7 (ПТ7), состоящий из выходного усилителя 8 (ВУ8), полосового фильтра 9 (ПФ9), измерительного усилителя 10 и индикатора 11 (И11).

Процесс градуировки сводится к измерению выходных сигналов градуируемого и эталонного Г, определению их преобразований Фурье S(t)_Г и S(t)_Э и определению чувствительности M(t)_Г гидрофона по формуле (1).

Если необходим только модуль чувствительности по свободному полю, то используются модули спектральных коэффициентов дискретного преобразования Фурье сигналов градуируемого и эталонного Г.

Фазовый угол чувствительности по свободному полю для градуируемого гидрофона определяют по фазовым углам коэффициентов преобразования Фурье с учетом условий для решения неоднозначности при фазе 180°.

Использование коротких (однопериодных) импульсов с гауссовой огибающей (фиг.2) для возбуждения излучателя позволяет достичь поставленного технического результата, поскольку спектр (фиг.3) такого импульса является достаточно гладким и широким, что позволяет использовать радиоимпульс с одной несущей частотой для градуировки гидрофонов в широком диапазоне частот.

Это подтверждается экспериментом, результаты которого представлены на фиг.4, 5 в виде сигналов, снимаемых с градуируемого и эталонного Г (фиг.4), и их частотных спектров (фиг.5).

На фиг.4 под позицией 12 представлен сигнал от чувствительного элемента Г; под позицией 13 - отражение от корпуса Г и узла крепления; под позицией 14 - отражение от штанги.

На фиг.5 под позициями 15, 16, 17 представлены соответственно чувствительности Г без учета отражений от узла крепления и штанги Г; чувствительность с учетом отражений от узла крепления и корпуса Г; чувствительность с учетом отражений от узла крепления.

Таким образом, использование при градуировке Г коротких тонально-импульсных сигналов позволяет выявлять и эффективно отстраиваться от источников отражений, оценивать отражения от корпуса Г, узлов крепления и штанги и принимать меры при конструировании аппаратуры для их устранения и снижения до приемлемого уровня.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке гидрофонов (Г) в измерительном бассейне методом сличения. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности градуировки Г методом сличения при использовании тонально-импульсных сигналов. Данный технический результат достигают за счет того, что в качестве тонально-импульсного сигнала в стандартном методе градуировки Г методом сличения используют однопериодные тонально-импульсные сигналы с гауссовой огибающей. 5 ил.

Способ градуировки гидрофонов методом сличения, заключающийся в расположении градуируемого и эталонного гидрофонов в гидроакустическом бассейне на известных расстояниях Z_Г и Z_Э от гидроакустического излучателя и облучении их тонально-импульсными входными сигналами, последующей регистрации выходных сигналов, при этом чувствительность M(t)_Г градуируемого гидрофона определяется по формуле $$M{\left(t\right)}_{Г}=M{\left(t\right)}_{Э}\frac{\left|S{\left(t\right)}_{Г}\right|}{\left|S{\left(t\right)}_{э}\right|}\cdot \frac{Z_{Г}}{Z_{э}}$$ , отличающийся тем, что в качестве тонально-импульсного сигнала используют однопериодный тонально-импульсный сигнал с гауссовой огибающей, где M(t)_Э - чувствительность эталонного гидрофона на частоте f; S(t)_Э, S(t)_Г - спектральные коэффициенты дискретного преобразования Фурье на временном промежутке 0-Т выходных сигналов эталонного и градуируемого гидрофонов, Т - момент времени прихода первого отраженного сигнала от стенок бассейна или поверхности воды; Z_Г, Z_Э - расстояния между акустическими центрами излучателя и градуируемого и эталонного гидрофонов соответственно.