Способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя Российский патент 2017 года по МПК H04R29/00 

Описание патента на изобретение RU2620772C1

Изобретение относится к области метрологии гидроакустических измерений и может быть использовано для градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя.

Известен способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающийся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, определении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), определении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье S(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, определении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, определении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Мr(f) по формуле

где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучением в свободном поле на расстоянии R от излучателя. /С.В. Сильвестров, И.С.Сильвестров. Градуировка гидрофонов на непрерывном сигнале в условиях лабораторного гидроакустического бассейна «Материалы научно-технической конференции. Проблемы метрологии гидрофизических измерений. ПМГИ-2006» 16-18 мая, 2006, стр. 152-155./.

Данный способ принят за прототип.

Недостатком прототипа является недостаточная точность градуировки из-за наличия в частотной зависимости Uг(f) интермодуляционных искажений, обусловленных взаимным влиянием составляющих выходного напряжения гидрофона, соответствующих прямому акустическому сигналу излучателя и сигналам, отраженным от стенок бассейна, при измерении амплитудного значения напряжения на частоте f.

Техническим результатом, получаемым от применения изобретения, является устранение недостатка прототипа, т.е. повышение точности градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известном способе градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающемся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, измерении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), получении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье S(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, получении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, получении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Mr(f) в диапазоне частот градуировки по формуле

где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучением в свободном поле на расстоянии R от излучателя, в качестве сигнала возбуждения излучателя применяют линейный частотно-модулированный сигнал, регистрируют мгновенные значения напряжения на выходе гидрофона, определяют синфазную Us(f) и квадратурную Uc(f) составляющие частотной зависимости напряжения гидрофона, преобразование Фурье применяют отдельно к синфазной и к квадратурной составляющим, определяют зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ), определяют зависимости S's(τ) и S'c(τ) обнулением соответственно в Ss(τ) и Sc(τ) коэффициентов, относящихся к отраженным сигналам, получают синфазную U's(f) и квадратурную U'c(f) составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле обратным преобразованием Фурье S's(τ) и S'c(τ), частотную зависимость выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) получают по формуле

Чувствительность градуируемого гидрофона по свободному полю в диапазоне частот градуировки рассчитывают по формуле (1).

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема для реализации способа, на фиг. 2, 3, 4 - диаграммы для пояснения сущности способа.

В гидроакустическом бассейне 1 располагают градуируемый гидрофон 2 на расстоянии R от эталонного излучателя 3.

Излучатель 3 возбуждают сигналом усилителя мощности 4. Сигнал возбуждения формируют с помощью генератора 5.

Выход градуируемого гидрофона 2 подключают к осциллографу цифровому 6, выполняющему функции отображения и аналого-цифрового преобразования сигнала. В цифровой форме сигнал гидрофона поступает с выхода осциллографа 6 в электронную вычислительную машину (ЭВМ) 7, которая выполняет обработку сигнала гидрофона, а также управляет генератором 5.

Предложенный способ реализуют следующим образом: в частотном диапазоне градуировки линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом u(t)=sin(2πf0t+at2), где f0 - начальная частота, а - скорость измерения частоты, с выхода генератора 5 возбуждают эталонный излучатель 3, который преобразует сигнал возбуждения в акустический сигнал. Градуируемый гидрофон 2 принимает прямой акустический сигнал излучателя и сигналы, отраженные от стенок и поверхности бассейна, и преобразует принятые сигналы в электрическое напряжение. Выходное напряжение гидрофона подают на осциллограф 6, с выхода которого в цифровом виде напряжение гидрофона uг(t) поступает в ЭВМ 7.

Обработка измерительных данных включает в себя следующие операции: определяют квадратурную Uc(f) и синфазную Us(f) составляющие частотной зависимости напряжения Uг(f):

Применяя к синфазной и к квадратурной составляющим преобразование Фурье, получают зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ)

Sc(τ)=F[Uc(f)],

Ss(τ)=F[Us(f)],

где F[…] означает прямое преобразование Фурье, параметр т имеет смысл временной задержки. В зависимостях Ss(τ) и Sс(τ) обнуляют исходя из временной задержки отраженных сигналов, коэффициенты Фурье, относящиеся к отраженным сигналам, Sso(τ) и Sco(τ), получают зависимости S's(t) и S'с(t)

где τотр - временная задержка первого отраженного сигнала относительно прямого сигнала излучателя в месте расположения гидрофона.

К S's(τ) и S'c(τ) применяют обратное преобразование Фурье и получают синфазную U's(f) и квадратурную U'c(f) составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле:

U'c(f)=F-1[S'c(τ)],

U's(f)=F-1[S's(τ)],

где F-1[…] означает обратное преобразование Фурье.

Частотную зависимость выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) получают по формуле (2), а чувствительность градуируемого гидрофона рассчитывают по формуле (1).

Использование описанной процедуры позволяет достичь поставленного технического результата.

Это подтверждается экспериментом, результаты которого представлены на фиг. 2, 3, 4. На фиг. 2 представлены модули спектральных коэффициентов прямого S'c(τ) и отраженных сигналов Sco(τ). На фиг. 3 представлена АЧХ чувствительности гидрофона: Мo - искаженная отражениями акустического сигнала от стенок бассейна, Ми - измеренная при наличии тех же отражений с использованием предложенного способа. На фиг. 4 представлены АЧХ чувствительности гидрофона: Ми - измеренная с использованием предложенного способа при наличии отражений от стенок бассейна и Мэ - измеренная по свободному полю независимым методом на эталоне ГЭТ 55-2011.

Таким образом, использование при градуировке гидрофона описанной процедуры позволяет эффективно подавлять искажения, вызванные отражениями, и получать подробную частотную характеристику гидрофона в диапазоне частот, оценивать отражения от элементов носителя гидрофона, а также в ряде случаев от корпуса гидрофона, узлов позиционирования гидрофона под водой, и принимать меры при конструировании аппаратуры для устранения либо уменьшения влияния отражений до приемлемого уровня.

Похожие патенты RU2620772C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОФОНОВ МЕТОДОМ СЛИЧЕНИЯ 2013
  • Сильвестров Станислав Владимирович
RU2537746C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГИДРОФОНА В МОРСКИХ УСЛОВИЯХ МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ В ДИАПАЗОНЕ НИЗКИХ ЧАСТОТ 1993
  • Аграновский А.В.
  • Бычков В.Б.
  • Маслов В.К.
  • Розенберг А.В.
RU2090984C1
СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОФОНА ПО ПОЛЮ ПРИ ИЗЛУЧЕНИИ НЕПРЕРЫВНОГО СИГНАЛА В ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ БАССЕЙНЕ С ОТРАЖЕНИЯМИ 2009
  • Исаев Александр Евгеньевич
  • Матвеев Антон Николаевич
  • Сильвестров Станислав Владимирович
RU2390968C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПО ПОЛЮ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ПРИЕМНИКА 2014
  • Исаев Александр Евгеньевич
RU2563603C1
СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОФОНОВ МЕТОДОМ ВЗАИМНОСТИ 2013
  • Сильвестров Станислав Владимирович
RU2535643C1
Способ сличительной калибровки инфразвуковых сейсмомодулей 2021
  • Сиротинский Юрий Владимирович
  • Абатуров Михаил Анатольевич
RU2767478C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ЗВУКА ОТ ПОВЕРХНОСТИ 2017
  • Исаев Александр Евгеньевич
  • Николаенко Алексей Сергеевич
RU2655478C1
Устройство для градуировки электроакустических преобразователей 2020
  • Волощенко Вадим Юрьевич
  • Плешков Антон Юрьевич
  • Тарасов Сергей Павлович
  • Пивнев Петр Петрович
  • Воронин Василий Алексеевич
  • Волощенко Александр Петрович
RU2782354C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ И ФАЗОЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПО ПОЛЮ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ПРИЕМНИКА 2014
  • Исаев Александр Евгеньевич
RU2573446C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ЗВУКА ОТ ПОВЕРХНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШУМОВОГО СИГНАЛА 2018
  • Исаев Александр Евгеньевич
  • Матвеев Антон Николаевич
RU2695287C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 620 772 C1

Реферат патента 2017 года Способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя

Изобретение относится к области метрологии гидроакустических измерений и может быть использовано для градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя. Предложен способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающийся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, определении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), определении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье Ss(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, определении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, определении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Mг(f) в диапазоне частот градуировки по формуле

где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучателем в свободном поле на расстоянии R от излучателя, отличающийся тем, что в качестве сигнала возбуждения излучателя применяют линейно-частотно-модулированный сигнал, регистрируют мгновенные значения напряжения на выходе гидрофона, определяют синфазную Us(f) и квадратурную Uс(f) составляющие частотной зависимости напряжения гидрофона, преобразование Фурье применяют отдельно к синфазной и к квадратурной составляющим и определяют зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ), определяют зависимости S's(τ) и S'c(τ) обнулением соответственно в Ss(τ) и Sc(τ) коэффициентов, относящихся к отраженным сигналам, определяют синфазную U's(f) и квадратурную U'c(f) составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле обратным преобразованием Фурье S's(τ) и S'c(τ), а частотную зависимость амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) определяют по формуле

Далее чувствительность градуируемости гидрофона определяют по формуле (1). 4 ил.

Формула изобретения RU 2 620 772 C1

Способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающийся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, измерении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), получении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье S(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, получении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, получении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Mr(f) в диапазоне частот градуировки по формуле

где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучателем в свободном поле на расстоянии R от излучателя, отличающийся тем, что в качестве сигнала возбуждения излучателя используют линейно-частотно- модулированный сигнал, регистрируют мгновенные значения напряжения на выходе гидрофона, определяют синфазную Us(f) и квадратурную Uc(f) составляющие частотной зависимости напряжения гидрофона, применяют преобразование Фурье отдельно к синфазной и к квадратурной составляющим и получают зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ), получают зависимости и обнулением соответственно в Ss(τ) и Sc(τ) коэффициентов, относящихся к отраженным сигналам, получают синфазную и квадратурную составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле обратным преобразованием Фурье и , частотную зависимость выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле получают по формуле

чувствительность градуируемого гидрофона по свободному полю Mr(f) в диапазоне частот градуировки определяют по формуле

.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2620772C1

СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОФОНОВ МЕТОДОМ СЛИЧЕНИЯ 2013
  • Сильвестров Станислав Владимирович
RU2537746C1
Боббер Р.Дж
гидроакустические измерения
Пер
с англ
Под ред
А.Н
Голенкова
М.: Мир, 1974, стр.30-38
Устройство для измерения поверхностной температуры 1956
  • Захаров А.А.
SU117762A1
СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА РАБОЧЕГО СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ 1998
  • Аббясов З.
  • Власов Ю.Н.
  • Лихачев С.М.
  • Маслов В.К.
  • Сильвестров С.В.
  • Толстоухов А.Д.
RU2141743C1
Способ градуировки приемников градиента давления 1990
  • Андреев Алексей Гаврилович
  • Галутин Виталий Зиновьевич
  • Фивейский Юрий Евгеньевич
SU1778586A1

RU 2 620 772 C1

Авторы

Исаев Александр Евгеньевич

Сильвестров Станислав Владимирович

Даты

2017-05-29Публикация

2016-08-01Подача