Способ абсолютной градуировки излучающих и приемных электроакустических преобразователей антенного блока акустического доплеровского профилографа течений Российский патент 2024 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано для абсолютной градуировки излучающих и приемных электроакустических преобразователей (ЭАП) антенного блока акустического доплеровского профилографа течений (АДПТ) в широкой полосе частот. Предлагаемый способ может позволить улучшить точностные характеристики системы за счет отбора ЭАП с близкими качественными показателями - акустическая мощность, характеристика направленности, коэффициент концентрации и т.д., используемых в диаметральном и траверзном измерительных каналах аппаратуры судна -носителя, а также получения частотных зависимостей чувствительностей как в режиме излучения для градуируемого излучающего ЭАП, так и в режиме приема для градуируемого широкополосного ЭАП - приемника звукового давления. Расширение частотного диапазона градуировки обеспечивается обработкой ультразвуковых (УЗ) сигналов, формирующихся за счет эффектов взаимодействия и самовоздействия мощных излучаемых волн конечной амплитуды при распространении в среде с нелинейностью упругих свойств. В способе предлагается использование «виртуальной» параметрической излучающей антенны (ПИА), которая применена в качестве эталонного излучателя УЗ волн. Развитая теория ПИА позволяет достаточно точно рассчитать необходимые для градуировки характеристики, в частности, и амплитуды звуковых давлений спектральных компонент полигармонического акустического поля: бигармонической накачки средней мощности с близким к гауссову поперечным амплитудным распределением, низкочастотных и высокочастотных сигналов. Преимущественная область использования – акустические измерения, гидроакустика.

Известен способ относительной градуировки ЭАП - приемников звукового давления - сличением (см. Справочник по гидроакустике. – Л. «Судостроение», 1982, с.218 - 219). Данный способ содержит следующие операции:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из звукопоглощающих элементов, позволяющих уменьшить попадание переотраженной части УЗ энергии как на градуируемый, так и на образцовый ЭАП;

2) устанавливают в гидроакустическом бассейне три ЭАП, акустически связанные через водную среду распространения, и задают их режимы – излучающий, приемные - образцовый и градуируемый, образуя равнобедренный треугольник в горизонтальной плоскости, причем, так, что последние расположены в точках с одинаковыми значениями параметров УЗ поля, обладая чувствительностями по давлению – известной и неизвестной соответственно;

3) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …;

4) задают одночастотный режим возбуждения пьезоэлементов излучающего ЭАП, т.е. последовательно на каждой из дискретных частот (, ,…,), находящихся в его полосе пропускания;

5) подают электрический радиоимпульсный сигнал с заданной амплитудой и частотой (, - количество проводимых измерений) на излучающий ЭАП, в котором пьезоэлемент с заданной резонансной частотой , апертурой и длиной ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде) колеблется в режиме одностороннего излучения;

6) создают за счет интерференции волновых процессов с частотой от различных участков пьезоэлемента излучающего ЭАП в водной среде гидроакустического бассейна импульсное УЗ поле с амплитудой звукового давления в местах расположения как градуируемого, так и образцового ЭАП;

7) преобразуют УЗ с помощью пьезоэлементов образцового и градуируемого ЭАП в электрические сигналы , амплитуды и которых после стробирования, фильтрации и усиления измеряются и регистрируются;

8) рассчитывают значения:

- чувствительности по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП ,

- чувствительности излучающего ЭАП в данном режиме

,

где - величины звукового давления в точке приема, измеренные образцовым приемным ЭАП;

9) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 6 – 8 способа, для значений дискретных частот ,…, возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , рассчитывая частотные зависимости чувствительности для градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема и чувствительности излучающего ЭАП в режиме излучения;

10) отображают, регистрируют и документируют результаты измерений в аппаратуре.

Данный способ имеет следующие недостатки и ограничения в применении:

1) для проведения измерений необходим образцовый приемный ЭАП, причем, точность измерений ограничивается погрешностью выполнения градуировки образцового ЭАП;

2) чувствительность по давлению в режиме приема образцового ЭАП является нестабильной во времени, что требует осуществления его поверки с помощью абсолютных способов;

3) рабочий диапазон частот способа и реализующего его устройства ограничен рабочими диапазонами как образцового, так и излучающего ЭАП, причем, для работоспособности устройства в широком диапазоне частот необходимо несколько образцовых ЭАП;

4) при проведении относительной градуировки методом сличения соблюдается единство времени проведения измерений, т.к. оба приемника одновременно подвергаются облучению звуком, но не выполняется условие единства места их расположения - это требует учета как направленных свойств излучателя и приемников, так и влияния отражающих поверхностей, что снижает точность измерений;

5) в пределах протяженного участка ближней зоны дифракции излучающего ЭАП применение способа и реализующего его устройства дает существенную погрешность измерений;

6) не рассмотрена возможность расширения частотного диапазона способа и реализующего его устройства за счет практического использования нелинейного эффекта самовоздействия в акустическом поле излучающего ЭАП, возникающего при распространении интенсивной звуковой волны, так как полоса пропускания фильтра совпадает только с диапазоном рабочих частот излучающего ЭАП. Между тем, в результате изменения упругих свойств нелинейной водной среды в области распространения мощного УЗ сигнала происходит искажение волнового профиля (самовоздействие), т.е. перераспределение энергии интенсивной УЗ волны по частотной оси «вверх» – генерация высших гармонических компонент волны конечной амплитуды (см. Гидроакустическая энциклопедия. – Таганрог, Издательство ТРТУ. 1999, с.389 – 402).

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности способа вследствие отсутствия учета нелинейных упругих свойств водной среды и за счет использования образцового приемного ЭАП, что снижает как точность, так и частотный диапазон измерений.

Известен способ абсолютной градуировки приемников УЗ (а.с. СССР №119025, МКИ H04R 29/00, Б.И.№7,1959г. «Способ определения частотных и фазовых характеристик приемников ультразвука»). Данный способ реализуется следующим образом:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из звукопоглощающих элементов, позволяющих уменьшить попадание переотраженной части УЗ энергии на градуируемый ЭАП;

2) устанавливают в гидроакустическом бассейне два ЭАП - излучающий с известной чувствительностью в режиме излучения и градуируемый, акустически связанные через водную среду распространения;

3) размещают ЭАП таким образом, чтобы их акустические оси были направлены встречно и находились на одной линии, соединяющей их фазовые центры, образуя общую акустическую ось;

4) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …;

5) задают одночастотный режим возбуждения пьезоэлементов c резонансной частотой для излучающего ЭАП, т.е. последовательно на каждой из дискретных частот (, ,…,), находящихся в его полосе пропускания;

6) размещают градуируемый ЭАП на общей акустической оси в ближней зоне излучающего ЭАП, в пределах распространения квазиплоской волны частотой (, - количество проводимых измерений) на удалении от излучающего ЭАП, равном величине расстояния разрыва излучаемой им УЗ волны с частотой при амплитуде звукового давления у его поверхности, которое определяется соотношением , где равновесные значения плотности и скорости звука в воде, - коэффициент нелинейности среды распространения;

7) подают электрический радиоимпульсный сигнал с заданной амплитудой и частотой ( - количество проводимых измерений) на излучающий ЭАП, в котором пьезоэлемент с апертурой и длиной ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде) колеблется в режиме одностороннего излучения,

8) формируют за счет эффекта самовоздействия в области распространения искажение до пилообразной формы синусоидального профиля мощной излученной УЗ волны, т.е. генерируют в водной среде высшие гармонические компоненты , где , - номер гармоники, перераспределяя энергию интенсивной УЗ волны по частотной оси «вверх»;

9) принимают УЗ волну пилообразной формы с помощью пьезоэлементов градуируемого ЭАП и преобразуют в электрический сигнал, который после стробирования и усиления регистрируют с помощью осциллографа с фотоприставкой форму «пилообразного» высокочастотного заполнения радиоимпульса, измеряют его спектральный состав с помощью механического анализатора формы электрического сигнала (анализатора Мадера) и сравнивают его со спектральным составом напряжения «идеальной пилы» на частоте ;

10) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 5 – 9 способа для значений дискретных частот ,…, возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , рассчитывая частотную и фазовую характеристики градуируемого ЭАП в заданном диапазоне частот;

11) отображение, регистрация и документирование результатов измерений в аппаратуре.

Данному способу присущи недостатки:

1) излучающий ЭАП должен быть предварительно отградуирован по чувствительности в режиме излучения в широкой полосе частот;

2)данный способ усложняет процесс измерений и снижает его точность за счет того, что при перестройке частоты возбуждения излучающего ЭАП необходимо изменять его уровень излучения с той целью, чтобы расстояние между излучающим и приемным ЭАП оставалось равным ;

3) обеспечение измерений требует излучения высокоинтенсивных волн накачки, что обусловливает «тяжелый» режим работы пьезокерамики излучающего ЭАП в условиях повышенных механических и электрических нагрузок, т.е. снижается стабильность его параметров, надежность и долговечность;

4) погрешность измерений по данному способу обусловлена наличием у реальных нелинейных сред (вода, газы, металлы) частотнозависимых коэффициентов затухания, в результате чего спектральный состав пилообразной УЗ волны не будет соответствовать спектру «идеальной пилы»;

5) погрешность косвенных измерений амплитуд звуковых давлений в пределах ближней зоны (зоны Френеля) поршневого излучающего ЭАП обусловлена сложным флуктуирующим характером УЗ поля (см. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры.–Л.:Судостроение,1986.– с.92-93.);

6) способ не обеспечивает проведение измерений в низкочастотном диапазоне, являясь пригодным лишь для градуировки широкополосных ЭАП - приемников звукового давления высокочастотного диапазона. Между тем именно низкочастотные модели доплеровских лагов перспективны при исследовании океанических глубоководных звукорассеивающих слоев (ЗРС).

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности способа вследствие учета только нелинейного эффекта самовоздействия мощной акустической волны накачки, что снижает как точность, так и частотный диапазон измерений.

Для указанных аналогов признаки, совпадающие с заявляемым способом следующие:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из звукопоглощающих элементов, позволяющих уменьшить попадание переотраженной части УЗ энергии на ЭАП;

2) устанавливают в гидроакустическом бассейне ЭАП, акустически связанные через водную среду распространения, и задают их режимы функционирования;

3) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …;

4) задают режим возбуждения пьезоэлементов излучающего ЭАП, подают на них электрический радиоимпульсный сигнал с заданной амплитудой и частотой, пьезоэлементы совершают колебания в режиме одностороннего излучения,

5) создают в водной среде гидроакустического бассейна импульсное УЗ поле с амплитудой звукового давления в месте расположения ЭАП;

6) преобразуют УЗ с помощью пьезоэлементов ЭАП в электрические сигналы, амплитуды которых после стробирования, фильтрации и усиления измеряются и регистрируются;

7) рассчитывают значения:

- чувствительности по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП

- чувствительности излучающего ЭАП в режиме излучения;

8) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 4 – 7 способа для значений дискретных частот возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , рассчитывая частотные зависимости чувствительности для градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема и чувствительности излучающего ЭАП в режиме излучения;

9) отображение, регистрация и документирование результатов измерений в аппаратуре.

В качестве прототипа выбран способ для абсолютной калибровки широкополосных гидрофонов (см. В.Г. Андреев, А.А. Карабутов, О.В. Руденко Метод калибровки широкополосных гидрофонов в ультразвуковых пучках конечной амплитуды. – Вестн. Моск. ун-та, сер.3. Физика, астрономия, 1984, т.25, №4,с 74-77). Данный способ содержит следующие операции:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из звукопоглощающих элементов, позволяющих уменьшить попадание переотраженной части УЗ энергии на градуируемый ЭАП;

2) устанавливают в гидроакустическом бассейне два ЭАП, акустически связанные через водную среду распространения - излучающий преобразователь с равномерным амплитудным распределением поперек апертуры и известной чувствительностью в режиме излучения и градуируемый с линейной частотной зависимостью чувствительности в широком диапазоне частот;

3) выполняют при размещении обоих ЭАП следующие условия – их акустические оси направлены встречно и находятся на одной линии, соединяющей их фазовые центры, образуя общую акустическую ось;

4) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , причем так, чтобы величины дискретных частот образовывали последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …;

5) задают одночастотный режим возбуждения пьезоэлементов c резонансной частотой для излучающего ЭАП, т.е. последовательно на каждой из дискретных частот (, ,…,), находящихся в его полосе пропускания;

6) размещают градуируемый ЭАП на общей акустической оси в дальней зоне излучающего ЭАП, который имеет апертуру и длину ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде), причем, на удалении от излучающего ЭАП, равном тройной величине ближней зоны ;

7) подают электрический радиоимпульсный сигнал с заданной амплитудой и частотой заполнения на излучающий ЭАП, в котором пьезоэлемент колеблется в режиме одностороннего излучения, формируя импульсы УЗ волны накачки;

8) генерируют в водной среде высшие гармонические компоненты , где , - номер гармоники, перераспределяя энергию интенсивной УЗ волны по частотной оси «вверх» за счет эффекта самовоздействия в осевой области распространения, что выражается в искажении до пилообразной формы синусоидального профиля сигнала с частотой ;

9) принимают импульсы, поступающие от ЭАП по прямому пути в точку приема, УЗ заполнение которых имеет нелинейные искажения профиля сигнала с частотой , посредством пьезоэлементов градуируемого ЭАП, имеющего линейную частотную зависимость чувствительности в широком диапазоне частот, и преобразуют их в электрические сигналы;

10) электрические сигналы после стробирования и усиления регистрируют с помощью осциллографа с фотоприставкой, в частности, фотографируют форму «пилообразного» заполнения радиоимпульса, которая содержит практически прямолинейные участки, соединенные узкими участками ударных фронтов;

11) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 5 – 10 способа для значений частоты возбуждения излучающего ЭАП, находящейся в его полосе пропускания , размещая градуируемый ЭАП на общей акустической оси в дальней зоне излучающего ЭАП, который имеет апертуру и длину ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде), причем, для удалений от излучающего ЭАП, равных ; и соответственно;

12) анализируют зарегистрированные изображения формы «пилообразного» заполнения радиоимпульса, измеряя с помощью микроскопа угол наклона прямолинейного спадающего участка волнового профиля, который пропорционален скорости изменения звукового давления со временем, характеризуя степень проявления нелинейных эффектов;

13) рассчитывают на основе полученных данных значения чувствительностей по давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП в широкой полосе частот при дискретной частоте возбуждения излучающего ЭАП;

14) выполняют последовательно действия по пунктам 5 – 13 способа для значений частот ,…,, находящихся в его полосе пропускания, что позволяет на основе полученных данных усреднить значения чувствительностей по давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП в широкой полосе частот;

15) отображение, регистрация и документирование результатов измерений в аппаратуре.

Данный способ также имеет следующие недостатки:

1) большой объем и сложность аналитических расчетов чувствительностей по давлению градуируемого приемного ЭАП;

2) большая погрешность анализа фотографий осциллограмм при визуальном определении крутизны фронта регистрируемого сигнала;

3) снижение точности измерений за счет дифракционных погрешностей, появляющихся при механических перемещениях градуируемого ЭАП;

4) обеспечение измерительного режима требует излучения высокоинтенсивных волн накачки (расстояние образования разрыва – от 45см до 10см), что обусловливает работу пьезокерамики излучающего ЭАП (на пьезодиск диаметром 30 мм с резонансной частотой 1МГц подавалось до 320 Вольт) в условиях повышенных механических и электрических нагрузок, т.е. снижает стабильность его параметров, надежность и долговечность;

5) продольный размер гидроакустического канала (от 45см до 140см), необходимого для реализации способа, включает в себя протяженный участок ближней зоны дифракции (40-45см) излучающего ЭАП, в пределах которого функционирование устройства, реализующего способ, затруднено ввиду резкой неоднородности градуировочного УЗ поля;

6) условие сравнимости расстояний проявления нелинейных и дифракционных эффектов при функционировании устройства, реализующего способ, не обеспечивает проведение измерений в низкочастотном диапазоне (на частотах ниже 200 кГц).

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, являются ограниченные функциональные возможности способа вследствие использования для градуировки только нелинейного эффекта самовоздействия мощной УЗ волны накачки, что уменьшает частотный диапазон измерений.

Признаки, совпадающие с заявляемым способом:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из звукопоглощающих элементов, позволяющих уменьшить попадание переотраженной части УЗ энергии на ЭАП;

2) устанавливают в гидроакустическом бассейна ЭАП, акустически связанные через водную среду распространения, и задают их режимы функционирования;

3) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …;

4) задают режим возбуждения пьезоэлементов излучающего ЭАП, подают на них электрический радиоимпульсный сигнал с заданной амплитудой и частотой, пьезоэлементы совершают колебания в режиме одностороннего излучения,

5) создают в водной среде гидроакустического бассейна с использованием нелинейного эффекта самовоздействия импульсное УЗ поле с амплитудой звукового давления в месте расположения ЭАП ;

6) преобразуют УЗ с помощью пьезоэлементов ЭАП в электрические сигналы, амплитуды которых после стробирования, фильтрации и усиления измеряются и регистрируются;

7) рассчитывают значения:

- чувствительности по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП;

- чувствительности излучающего ЭАП в режиме излучения;

8) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 4 – 7 способа для значений дискретных частот возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , рассчитывая частотные зависимости чувствительности для градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема и чувствительности излучающего ЭАП в режиме излучения.

Между тем, в число нелинейных эффектов в мощном УЗ поле, изменяющем свойства водной среды, входит нелинейное взаимодействие нескольких распространяющихся волн конечной амплитуды, например, бигармонической накачки с частотами , т.е. формирование «виртуальной» параметрической излучающей антенны (ПИА), основные положения и выводы теории которой подробно описаны (см. Новиков Б. К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. – Л.: Судостроение, 1981. – 264с). ПИА может быть использована в качестве многочастотного образцового источника, так как позволяет формировать однородное полигармоническое акустическое поле как бигармонической накачки средней мощности с близким к гауссову поперечным амплитудным распределением, так и генерируемых в нелинейной водной среде низкочастотных и высокочастотных компонент спектра, осевые и угловые распределения амплитуд звуковых давлений которых рассчитываются по известным соотношениям (см. Волощенко В.Ю., Тимошенко В.И. Параметрические гидроакустические средства ближнего подводного наблюдения. (ч.1) – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – 294с.).

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей способа абсолютной градуировки излучающих и приемных ЭАП за счет применения режима параметрического излучения (РПИ) и проведения измерений на нескольких рабочих частотах, что позволит осуществлять абсолютную градуировку ЭАП в режимах как излучения, так и приема.

Технический результат способа заключается в расширении частотного диапазона абсолютной градуировки ЭАП, что позволяет определять их чувствительности как в режиме излучения, так и приема.

Технический результат достигается тем, что в способ абсолютной градуировки излучающих и приемных ЭАП, включающий в себя следующие операции:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из звукопоглощающих элементов, позволяющих уменьшить попадание переотраженной части УЗ энергии на градуируемый ЭАП;

2) устанавливают в гидроакустическом бассейне два ЭАП, акустически связанные через водную среду распространения, - излучающий и градуируемый с линейной частотной зависимостью чувствительности в широком диапазоне частот;

3) размещают ЭАП таким образом, чтобы их акустические оси были направлены встречно и находились на одной линии, соединяющей их фазовые центры, образуя общую акустическую ось, причем градуируемый размещают на расстоянии от излучающего ЭАП, равном кратной величине длины его ближней зоны , где

– апертура - поперечный размер излучающей поверхности ЭАП; =2π, - равновесное значение скорости звука в водной среде;

4) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания , таким образом, чтобы величины дискретных частот образовывали последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …;

дополнительно введены следующие операции:

5) ограничивают величины дискретных частот, образующих последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …, так, чтобы сумма их значений удовлетворяла равенствам = = = =….. , а разность их значений была равна частотам новых спектральных компонент =, =, =, ….. ;

6) задают режим возбуждения пьезоэлемента излучающего ЭАП одновременно на двух частотах (), (), (), ….., находящихся в его полосе пропускания, причем, в процессе градуировки разность значений частот изменяют от максимальной к минимальной;

7)выбирают для пьезоэлемента излучающего ЭАП отношение диаметра сигнального электрода к толщине в пределах 2 << 4, обеспечивая на излучающей апертуре пьезоэлемента заданное распределение электрического поля возбуждающего сигнала, описываемое гауссовой функцией ~ где – поперечная координата относительно центра сигнального электрода;

8) подают электрический сигнал с частотами () на пьезоэлемент излучающего ЭАП с заданной резонансной частотой /2 = и апертурой , обеспечивая его колебания в режиме одностороннего излучения, причем, на излучающей апертуре пьезоэлемента создают заданное распределение электрического поля возбуждающего сигнала;

9) создают в водной среде гидроакустического бассейна УЗ поля

- бигармоническое накачки с близким к гауссовому поперечным распределением амплитуды звукового давления за счет интерференции волновых процессов с частотами и , создаваемых излучающей апертурой пьезоэлемента ЭАП,

- спектральных компонент комбинационных частот - разностной =, суммарной , вторых гармоник волн накачки за счет нелинейного взаимодействия и самовоздействия волновых процессов с частотами ,, сформированной бигармонической накачки;

10) преобразуют амплитуды звукового давления спектральных компонент – накачки с частотами ,, разностной частоты =, суммарной частот, вторых гармоник волн накачки с помощью пьезоэлемента градуируемого ЭАП в электрические сигналы, амплитуды которых после стробирования, фильтрации и усиления измеряют и регистрируют;

11) изменяют двухчастотный режим возбуждения пьезоэлемента излучающего ЭАП до тех пор, пока отношения , амплитуд электрических сигналов для некоторой дистанции, например, не станут равными числам , величины которых не превышают 0,2;

12) рассчитывают чувствительности в режиме излучения , по давлению (излучающий ЭАП) и чувствительности в режиме приема , , по давлению (градуируемый ЭАП) для сигналов с частотами ;

13) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 6 – 12 способа для следующих пар частот поочередно (), (), ….., находящихся в полосе пропускания пьезоэлемента излучающего ЭАП;

14) фиксируют результаты измерений и вычислений, являющихся основой для подбора ЭАП с близкими качественными показателями по пункту 12 для использования в диаметральном и траверзном измерительных каналах аппаратуры АДПТ судна -носителя.

Введенные дополнительные операции позволят за счет применения режима параметрического излучения (РПИ) проводить измерения как в низко-, так и в высокочастотном диапазонах, в частности, осуществлять на нескольких рабочих частотах одновременно абсолютную градуировку ЭАП в режимах как излучения (), так и приема (,,), причем, частоты накачки входят в полосу пропускания ЭАП.

В отличие от прототипа заявляемый способ градуировки не требует излучения высокоинтенсивных волн накачки, что обусловливает стабильную и надежную работу пьезокерамики ЭАП, обеспечивая его долговечность, использование УЗ пучка бигармонической накачки с близким к гауссовому поперечным распределением амплитуды звукового давления обусловливает отсутствие неоднородности градуировочного УЗ поля.

Заявляемый способ поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема установки, реализующей способ абсолютной градуировки излучающих и приемных ЭАП.

На фиг.2 приведены графики нормированного распределения электрического поля возбуждающего сигнала (1) поперек излучающей поверхности ЭАП при =3 и функции Гаусса (2) при = 0,486, из которых следует соответствие зависимостей.

На фиг.3 приведена экспериментальная спектрограмма полигармонического УЗ сигнала , , (масштаб по оси частот растянут так, что амплитуда сигнала разностной частоты не попадает в поле зрения, вертикальная ось – логарифмическая шкала слева, здесь и ниже будем использовать традиционную форму обозначений сигналов накачки для параметрической излучающей антенны (ПИА) посредством применения нижних индексов «1» и «2», последний вместо «m»).

Для реализации заявляемого способа устройство для абсолютной градуировки акустических излучающих и приемных ЭАП антенного блока акустического доплеровского профилографа течений в широкой полосе частот (фиг.1) функционально объединяет тракты:

1) излучения - генераторы непрерывных колебаний 1,2 соединены через последовательно включенные хронизатор-модулятор 3 (канал импульсного модулятора), усилитель мощности 4 с измерителем амплитуды электрического радиоимпульсного сигнала 6 и излучающим ЭАП 5, конструктивное исполнение которого позволяет формировать в водной среде 7 УЗ пучок накачки с близким к гауссовому поперечным распределением амплитуды звукового давления;

2) приема – широкополосный ЭАП - приемник звукового давления 8, обладающий линейной частотной зависимостью чувствительности в широком диапазоне частот, соединен через хронизатор-модулятор 3 (канал стробирования в приеме), широкополосный усилитель 10, анализатор спектра 11 с вычислительным устройством 12;

3) управления функционированием блоков устройства - выходы блока управления 9 соединены с соответствующими управляющими входами генераторов непрерывных колебаний 1 и 2, хронизатора-модулятора 3, измерителя амплитуды 6, анализатора спектра 11 и вычислительного устройства 12.

Работа устройства, реализующего заявляемый способ для абсолютной градуировки акустических излучающих и приемных ЭАП антенного блока акустического доплеровского профилографа течений в широкой полосе частот, осуществляется следующим образом. Генераторы непрерывных колебаний 1 и 2 в излучающем тракте устройства вырабатывают электрические сигналы и с частотами , поступающие на вход хронизатора-модулятора 3, приводящегося в рабочее состояние по команде с блока управления 9, в результате чего на выходе хронизатора-модулятора 3 получаем радиоимпульс с бигармоническим ВЧ заполнением. Частоты электрических сигналов и , образующих сигнал бигармонической накачки, находятся в пределах полосы пропускания излучающего ЭАП 5, и при проведении дальнейших замеров могут синхронно перестраиваться с заданным шагом изменения по команде с блока управления 9. Хронизатор-модулятор 3 предназначен для работы в качестве импульсного модулятора и приемного стробирующего устройства при проведении акустических измерений в импульсном режиме в лабораторных и полевых условиях (см. Т.Н.Горовая, В.В.Гривцов, М.С.Рыбачек. «Хронизатор-модулятор для акустических измерений», междувед. сборник «Прикладная акустика», Вып.VI, Таганрог, ТРТИ, 1978, С.136-142). Выход хронизатора-модулятора 3 через усилитель мощности 4 соединен со входами как излучающего ЭАП 5, который излучает УЗ импульс в среду 7, обладающую нелинейностью своих упругих характеристик, так и измерителя амплитуды 6. С помощью последнего измеряется амплитуда результирующего сигнала биений (обычно для каждой частот ). При распространении происходит нелинейное взаимодействие и самовоздействие сигналов накачки с частотами в канале распространения, результатом которого является генерация УЗ сигналов как разностной , так и суммарной частот, вторых гармоник волн накачки.

Известны конструкции ЭАП с гауссовым распределением амплитуды звукового давления у излучающей поверхности, особенностями которых является использование пьезокерамических пластин с сигнальным электродом как сложной формы:

- различные звезды, спирали (см. Hidchins D.A. Field structures of disk transducers with specialized electrode configurations //Ultrason.Int.83: Conf. Proc., Halifax, Borough Green, 1983, P.307–312; Кравченко Г.Ф., Максимов В.Н. Ультразвуковой преобразователь с регулируемыми распределениями амплитуд смещения // Междувед. тематич. сб. научн. работ. Прикладная акустика.–Таганрог: ТРТИ, 1983.–Вып.10–с.124–130), пат. РФ №2700042, МКИ H04Q 3/42, Б.И.№26, 12/09/2019 г. - раздельные концентрические кольца, возбуждаемые различными по амплитуде электрическими сигналами, аппроксимирующими гауссово распределение (Zerwekh P.S., Claus R.D. Ultrasonic transducer with Gaussian radial pressure distribution //Proc. IEEE Ultrason. Symp., 1981, № 2, Р.974–976;103), так и простой формы: - круг, полоса, расположенных симметрично относительно геометрического центра пьезоэлемента, что создает требуемое поперечное распределение электрического возбуждающего сигнала (Martin F.D., Breazeale M.A. A simple way to eliminate diffraction lobes emitted by ultrasonic transducers // J. Acoust. Soc. Amer., 1971, v.49,№5, p. 2, P.1668 – 1669; Breazeale M.A., Martin F.D., Blackburn B. Reply to “Radiation pattern of partially electroded piezoelectric transducers”//J. Acoust. Soc. Amer., 1981, v. 70, № 6, P. 1791 – 1793; Du G., Breazeale M.A. Ultrasonic field of a Gaussian transducer // J.Acoust. Soc. Amer., 1985, v.78, № 6, P. 2083 – 2086).

В источнике (Du G., Breazeale M.A. Ultrasonic field of a Gaussian transducer // J.Acoust. Soc. Amer., 1985, v.78, № 6, P. 2083 – 2086) описано техническое решение – УЗ пучок с близким к гауссовому поперечным распределением амплитуды звукового давления, который может быть сформирован в водной среде осесимметричным излучателем, на излучающей поверхности которого создано требуемое распределение электрического поля возбуждающего сигнала, достаточно хорошо описываемое гауссовой функцией ~ где = 0,486 – коэффициент Гаусса. Данное распределение электрического поля возбуждающего сигнала образуется на излучающей поверхности ЭАП накачки при соблюдении следующего условия: отношение диаметра сигнального электрода к толщине пьезопластины должно быть в пределах 2 << 4. На фиг.2 представлено сопоставление графиков нормированного распределения электрического поля возбуждающего сигнала (1) поперек излучающей поверхности ЭАП при =3 и функции Гаусса (2) при = 0,486, из которого следует их хорошее соответствие. Здесь по горизонтальной оси отложены значения нормированной поперечной координаты на излучающей поверхности ЭАП, где радиус сигнального электрода.

Полигармонический акустический сигнал с частотами , , , , генерируемый «виртуальной» параметрической излучающей антенной (ПИА), которая используется в качестве образцового излучателя данных сигналов, достигает градуируемого ЭАП - широкополосного приемника 8 звукового давления. Конструкции широкополосных измерительных приемников УЗ, используемых для исследования УЗ полей описаны в литературе (см. Chivers R.C., Lewin P.A. The voltage sensitivity of miniature piezoelectric plastic ultrasonic probes //Ultrasonics,1982,v.20, № 6, Р.279–281, Lewin P. A. Calibration and performance evaluation of miniature ultrasonic hydrophones using time delay spectrometry // Ultrason. Symp. Proc., Chicagо, 1981, v.1, P. 660 – 664,. Markiewicz A.,Chivers R.C. Typical errors in using finite miniature ultrasonic probes for far field measurements//Ac.Let,1983,v.6,№ 10,Р.142–147, Jones S.M., Carson P.L., Banjavic R.A., Meyer С.R. Simplified technique for the calibration and use of a miniature hydrophone in intensive measurements // J. Acoust. Soc. Amer., 1981, v.70, № 5, P. 1220 – 1228.). Градуируемый ЭАП 8 обладает чувствительностью по давлению в широком диапазоне частот и расположен на общей акустической оси на удалении , составляющем несколько длин зоны дифракции , например, на расстоянии . Градуируемый ЭАП 8 является приемником звукового давления и преобразует достигший его УЗ импульс в электрический сигнал с амплитудой , который после стробирования (канал стробирования в хронизаторе-модуляторе 3) и усиления (широкополосный усилитель 10) индицируется на экране анализатора спектра 11 (фиг.3) в виде отдельных спектральных составляющих с амплитудами , отсчет величин которых можно произвести по вертикальной шкале. Таким образом, ПИА, образованная УЗ пучками средней интенсивности, в которой используется ЭАП накачки с близким к гауссову поперечным распределением электрического сигнала возбуждения, формирует в нелинейной водной среде несколько УЗ сигналов с рассчитываемыми характеристиками в широком диапазоне частот, что может позволить одновременно провести градуировку как приемного ЭАП, так и излучающего ЭАП накачки.

При распространении акустических сигналов конечной амплитуды с частотами , осевые распределения амплитуд звуковых давлений, которых описываются соотношениями (см. Новиков Б. К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика.–Л.:Судостроение,1981.–264с)

,

, (1)

в нелинейной среде будет происходить искажение их волновых профилей, т.е. за счет самовоздействия в спектрах акустических сигналов появятся вторые гармонические компоненты с частотами . Амплитуды звуковых давлений вторых гармоник на акустической оси ЭАП накачки 5 описываются соотношениями (см. Волощенко В.Ю., Тимошенко В.И. Параметрические гидроакустические средства ближнего подводного наблюдения. (ч.1) – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – 294с.)

(2)

Нелинейное взаимодействие сигналов накачки в канале распространения также приводит к генерации комбинационных УЗ сигналов как разностной , так и суммарной частот, амплитуды звуковых давлений которых на акустической оси ЭАП 5 описываются соотношениями

(3)

. (4)

В выражениях (1)-(4) и последующих соотношениях:

- - коэффициент нелинейности среды распространения; равновесные значения плотности и скорости звука в воде, кг/м³ и м/с;

- - нормированные продольные осевые координаты акустических пучков накачки;

- - расстояния дифракции (длины ближних зон) излучающего ЭАП 5 для УЗ сигналов с циклическими частотами ,м;

- - радиус излучателя, м;

- - коэффициенты затухания УЗ сигналов с частотами , суммарной и разностной частот, Нп/м;

- - амплитуды звукового давления сигналов накачки с частотами у поверхности ЭАП, Па;

рад/с;

- длина области дифракции Френеля для сигнала с центральной частотой накачки , м;

- нормированная продольная осевая координата ;

, рад/с;

- длина области дифракции Френеля для волны разностной частоты, м.

Как следует из представленной информации об амплитудах гармонических компонент с частотами (фиг.3), при градуировке можно изменять уровень радиоимпульса до тех пор, пока отношения , амплитуд электрических сигналов, соответствующих выделенным составляющим, для некоторой дистанции, например, не станут равными числам , которые меньше 0,2. В этом случае в представленных ниже соотношениях безразмерные координаты на акустической оси можно выразить и так:

Полученная информация поступает на вход решающего устройства 12, с помощью которого рассчитывают чувствительности в режиме излучения по давлению (ЭАП 5) и чувствительности в режиме приема по давлению (ЭАП 8) для сигналов с частотами по соотношениям (2) – (4), которые можно получить следующим образом:

,

,

откуда , (5)

. (6)

Подставив выражения (5), (6) в (1), (2), получим

,

,(7)

,

(8)

Так как напряжения известны, то можно рассчитать чувствительности , излучающего ЭАП 5 по давлению для частот , и чувствительности градуируемого ЭАП 8 в режиме приема ,

по давлению для частот :

,

. (9)

.(10)

(11)

Излучающий ЭАП 5 обладает собственной резонансной частотой , добротность и полосой пропускания , которые связаны соотношением: , причем, бигармонический режим возбуждения и нелинейность среды приводит к увеличению в четыре раза его результирующей рабочей полосы - за счет генерации сигналов в низко- и высокочастотном диапазонах. Описываемое устройство, реализующее предлагаемый способ, позволяет последовательно проводить описанные выше измерения чувствительности , излучающего ЭАП 5 по давлению и чувствительности градуируемого ЭАП 8 в режиме приема для результирующего частотного диапазона при симметричном относительно резонансной изменении частот (- уменьшение, - увеличение) электрических сигналов, формируемых генераторами 1,2, при поступлении на их управляющие входы соответствующих сигналов с блока управления 9. Как следует из фиг.3, уменьшение величины разностной частоты приводит к «сближению» спектральных составляющих вторых гармоник , в то время как расположение спектральной составляющей суммарной частоты на горизонтальной оси остается неизменным. Это дает основание утверждать - если первый этап измерений производится для наименьшей разностной частоты , то величины чувствительностей градуируемого ЭАП 8 в режиме приема (11) для частот , практически одинаковы, т.е. . В данном случае для дистанции ,

-

соотношение (11) примет вид

(12)

Чувствительность градуируемого ЭАП 8 в режиме приема для низкочастотного диапазона акустических измерений производится на сигнале разностной частоты . Важной характеристикой «виртуальной» ПИА, иллюстрирующей эффективность генерации низко- () и высокочастотных () компонент спектра в водной среде 7, могут служить коэффициенты преобразования по давлению (см. Волощенко В.Ю., Тимошенко В.И. Параметрические гидроакустические средства ближнего подводного наблюдения. (ч.1) – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – 294с.):

= (13)

=. (14)

Данные характеристики эффективности нелинейной генерации рассматриваемых сигналов - пространственные зависимости отношений амплитуд звуковых давлений, сформировавшейся в среде спектральной компоненты и исходного сигнала накачки для акустической оси ПИА, вычисленные при соответствующих удалениях от ЭАП накачки 5. Отметим, что расстояния дифракции для волн суммарной и разностной частот определяются соотношениями и . Таким образом, симметричное изменение частот исходных волн (уменьшение) и (увеличение) относительно центральной резонансной частоты ЭАП 5 в пределах его полосы пропускания обусловит изменение величин длин дифракции волн конечной амплитуды с частотами (), причем постоянной величиной останется только длина ближней «прожекторной» зоны для волны суммарной частоты .

Каждое соотношение (13) и (14) содержит три сомножителя, первые из которых определяются параметрами акустического поля накачки и среды распространения, вторые – дифракционными процессами для компонент спектра излучения параметрической антенны, третьи – затуханием акустических сигналов. Используя соотношения для волновых чисел акустических сигналов суммарной и разностной частот и , а также связь , представим первые сомножители в следующем виде

, . (15)

Из (15) видно, что эффективность нелинейной генерации компонент спектра излучения ПИА определяется количеством длин волн соответствующих волновых процессов, укладывающихся на длине дифракции волны накачки с центральной циклической частотой , т.е. количеством вторичных виртуальных источников, генерирующих соответствующую спектральную компоненту в общем водном объеме соосных акустических пучков средней интенсивности. Учитывая, что , запишем отношение коэффициентов преобразования по давлению (13) и (14) в следующем виде

. (16)

Из (16) видно, что именно данный параметр - соотношение длин волн формирующихся компонент спектра излучения и длины «прожекторной зоны» ЭАП 5 накачки ПИА – определяет существенность различий в эффективности нелинейной генерации данных сигналов, причем, отношение коэффициентов преобразования по давлению прямо пропорционально отношению звуковых давлений сигналов суммарной и разностной частот соответственно. Учитывая, что , левую часть (16) можно записать:

, (17 )

где для градуируемого ЭАП 8 чувствительность по давлению определяется соотношением (16): = = . Градуируемый приемный ЭАП 8 находится на акустической оси излучающего ЭАП 5 на удалении , составляющем, ,. В данном случае правую часть соотношения (16) - отношение коэффициентов преобразования по давлению можно рассчитать

, (17)

амплитуды спектральных составляющих измеряются экспериментально, в результате чего из (17) вычисляется для градуируемого ЭАП 8 чувствительность по давлению .

Пример.

Опишем результаты испытания макета установки, реализующей предложенный способ абсолютной градуировки ЭАП, структурная схема которой в целом соответствует, представленной на фиг.1, за исключением того, что использовался режим излучения одночастотного сигнала накачки , т.е. в водной среде генерировался только сигнал второй гармоники . Макет установки функционировал следующим образом. На излучающий ЭАП со схемы формирования подавали радиоимпульс с частотой заполнения перестраиваемой в диапазоне не более одной октавы – (100 – 200 кГц), амплитуда которого измерялась с помощью осциллографа. Градуируемый ЭАП излучал в нелинейную среду – пресную воду – УЗ сигнал с частотой из указанного выше диапазона и с звуковым давлением, приведенным к 1 метру и равным , где – искомая эффективность ЭАП [Па/В]. В результате распространения УЗ сигнала в нелинейной среде – воде - происходит распространяющееся нелинейное искажение формы синусоидального радиоимпульса, т.е. в спектре в воде УЗ сигнала появятся дополнительные высшие гармонические компоненты с частотами , ….. . Сформировавшийся многочастотный УЗ сигнал принимался градуируемым миниатюрным широкополосным гидрофоном, расположенным на известном расстоянии от ЭАП на его акустической оси в дальней зоне. Эквивалентный ему электрический сигнал стробировался и поступал на анализатор спектра, который представляет информацию об амплитудах всех составляющих с частотами , ….. . Затем, выбрав две спектральные составляющие, частоты которых лежали в диапазоне постоянной чувствительности гидрофона и измерив их амплитуды, изменяли уровень возбуждающего радиоимпульса до тех пор, пока отношение амплитуд данных двух спектральных составляющих не становилось равным наперед заданному числу Φ, не превышающему определенное значение , например, Φ₁< 0,5. В соответствии с описанной методикой на макете установки проводились измерения с использованием двух первых гармоник , результаты которых сведены в таблицу 1. При этом расстояние =2 метра, напряжение возбуждения ЭАП поддерживалось постоянным в диапазоне изменения частоты сигнала –(100-200 кГц) и равным 224 В. Перед началом испытаний и в процессе измерений систематические погрешности устранялись известными способами (см. А.П.Евтютов, А.Е.Колесников и др. Справочник по гидроакустике. – Л.: Судостроение, 1982. с.205-227), а случайные погрешности уменьшались путем выполнения 10 единичных измерений необходимых величин электрических напряжений, по которым производилось усреднение.

Таблица 1

110
120
130
140
150
160
170
180
190 U(f), мВ
5 U(f), мВ
6,5 U(f), мВ
7,5 U(f), мВ
9 U(f), мВ
17.5 U(f), мВ
28 U(f),мВ
15 U(f), мВ
12,5 U(f), мВ10.5 U(f), мВ
9 U(2f), мВ
0,03 U(2f), мВ
0,062 U(2f), мВ
0,075 U(2f), мВ
0,126 U(2f), мВ
0,49 U(2f),мВ
1.36 U(2f),мВ
0,42 U(2f), мВ
0.33 U(2f),мВ
0,23 U(2f), мВ
0.18 Φ
0,006 Φ
0,0095 Φ
0,01 Φ
0,014 Φ
0,028 Φ
0.0486 Φ
0,028 Φ
0,026 Φ
0.022 Φ
0,02

Располагая представленными в таблице 1 результатами экспериментальных измерений, а также соответствующими расчетными соотношениями, можно определить эффективность излучающего ЭАП в полосе частот (100–200 кГц), а также чувствительность M(f)=M(2f) миниатюрного высокочастотного гидрофона в полосе частот (100 – 400 кгц). Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2

110
120
130
140
150
160
170
180
190 ,Па/В
46 ,Па/В
66,7 ,Па/В
64 ,Па/В
83 ,Па/В
154 ,Па/В
249 ,Па/В
135 ,Па/В
117 ,Па/В
93 ,Па/В
81 M(f) = (1,079 ± 0,034) мкВ/Па
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380 M(2f) = (1,077 ± 0,033) мкВ/Па

Результаты испытаний макета показали, что установка, реализующая предлагаемый способ, позволяет определять искомые характеристики, а способ целесообразно использовать в гидроакустических измерениях для улучшения точностных характеристик за счет отбора ЭАП с близкими качественными показателями - акустическая мощность, характеристика направленности, коэффициент концентрации и т.д., используемых в акустическом тракте диаметрального и траверзного измерительных каналов аппаратуры судна -носителя.

Изобретение относится к области акустических измерений. Способ градуировки преобразователей доплеровского профилографа основан на установке в бассейне ЭАП, причем градуируемый размещают на удалении от излучающего ЭАП, равном кратной величине длины его ближней зоны, определении порядка изменения дискретных частот возбуждения таким образом, чтобы величины дискретных частот образовывали последовательность с одинаковым шагом изменения. Затем ограничивают величины дискретных частот, задают режим возбуждения пьезоэлемента излучающего ЭАП одновременно на двух частотах. В процессе градуировки разность значений частот изменяют от максимальной к минимальной; выбирают для пьезоэлемента излучающего ЭАП отношение диаметра электрода к толщине, создают в водной среде гидроакустического бассейна бигармоническое поле накачки с близким к гауссовому поперечным распределением амплитуды звукового давления, преобразуют амплитуды в электрические сигналы, амплитуды которых после стробирования, фильтрации и усиления измеряют и регистрируют; изменяют двухчастотный режим возбуждения пьезоэлемента излучающего ЭАП до тех пор, пока отношения амплитуд электрических сигналов не станут равными числам, величины которых не превышают 0,2; рассчитывают чувствительности в режиме излучения и режиме приема. Технический результат - расширение частотного диапазона абсолютной градуировки ЭАП. 2 табл., 3 ил.

Способ абсолютной градуировки излучающих и приемных электроакустических преобразователей антенного блока акустического доплеровского профилографа течений, основанный на том, что

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из звукопоглощающих элементов, позволяющих уменьшить попадание переотраженной части УЗ энергии на градуируемый ЭАП;

2) устанавливают в гидроакустическом бассейне два ЭАП, акустически связанные через водную среду распространения, - излучающий и градуируемый с линейной частотной зависимостью чувствительности в широком диапазоне частот;

3) размещают ЭАП таким образом, чтобы их акустические оси были направлены встречно и находились на одной линии, соединяющей их фазовые центры, образуя общую акустическую ось, причем градуируемый размещают на удалении от излучающего ЭАП, равном кратной величине длины его ближней зоны где – апертура - поперечный размер излучающей поверхности ЭАП, - равновесное значение скорости звука в водной среде;

4) определяют порядок изменения дискретных частот возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в его полосе пропускания таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность с одинаковым шагом изменения

отличающийся тем, что

5) ограничивают величины дискретных частот, образующих последовательность с одинаковым шагом изменения так, чтобы сумма их значений удовлетворяла равенствам а разность их значений была равна частотам новых спектральных компонент

6) задают режим возбуждения пьезоэлемента излучающего ЭАП одновременно на двух частотах находящихся в его полосе пропускания, причем в процессе градуировки разность значений частот изменяют от максимальной к минимальной;

7) выбирают для пьезоэлемента излучающего ЭАП отношение диаметра сигнального электрода к толщине T в пределах обеспечивая на излучающей апертуре пьезоэлемента заданное распределение электрического поля возбуждающего сигнала, описываемое гауссовой функцией – поперечная координата относительно центра сигнального электрода;

8) подают электрический сигнал с частотами на пьезоэлемент излучающего ЭАП с заданной резонансной частотой и апертурой , обеспечивая его колебания в режиме одностороннего излучения, причем на излучающей апертуре пьезоэлемента создают заданное распределение электрического поля возбуждающего сигнала;

9) создают в водной среде гидроакустического бассейна УЗ поля

бигармоническое накачки с близким к гауссовому поперечным распределением амплитуды звукового давления за счет интерференции волновых процессов с частотами создаваемых излучающей апертурой пьезоэлемента ЭАП,

спектральных компонент комбинационных частот - разностной суммарной вторых гармоник волн накачки за счет нелинейного взаимодействия и самовоздействия волновых процессов с частотами сформированной бигармонической накачки;

10) преобразуют амплитуды звукового давления спектральных компонент - накачки с частотами разностной частоты суммарной частот, вторых гармоник волн накачки с помощью пьезоэлемента градуируемого ЭАП в электрические сигналы, амплитуды которых после стробирования, фильтрации и усиления измеряют и регистрируют;

11) изменяют двухчастотный режим возбуждения пьезоэлемента излучающего ЭАП до тех пор, пока отношения амплитуд электрических сигналов для некоторой дистанции, например,

не станут равными числам величины которых не превышают 0,2;

12) рассчитывают чувствительности в режиме излучения по давлению для излучающего ЭАП и чувствительности в режиме приема по давлению для градуируемого ЭАП для сигналов с частотами

13) выполняют последовательно действия, указанные в пп. 6)-12) способа для следующих пар частот поочередно ….., находящихся в полосе пропускания пьезоэлемента излучающего ЭАП;

14) фиксируют результаты измерений и вычислений, являющихся основой для подбора ЭАП с близкими качественными показателями, полученными согласно п. 12) для использования в диаметральном и траверзном измерительных каналах аппаратуры АДПТ судна-носителя.