Способ градуировки обратимых электроакустических преобразователей антенн корреляционного измерителя скорости течений Российский патент 2025 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области акустических измерений и расширяет за счет применения режима параметрического излучения эксплуатационные возможности процедуры, устанавливающую соответствие характеристик электроакустических преобразователей (ЭАП) антенн систем активной локации, в частности, корреляционного измерителя скорости течений, своим номинальным параметрам или паспортным данным, например, при измерении акустической мощности, зависимости чувствительности в режиме приема или характеристики направленности в режиме излучения для заданного частотного диапазона.

Преимущественная область использования – акустические измерения, гидроакустика.

Известен метод построения взаимокорреляционного лага (см. Справочник по гидроакустике. – А.П. Евтютов, А.Е. Колесников, А.П. Ляликов и др. – Л.: Судостроение, 1982. - стр.28 – 29), основанный на корреляции напряжений на выходах двух приемоизлучающих ЭАП как функций глубины моря, в котором два эхолота размещены вдоль продольной оси судна и регистрируют сдвинутые друг относительно друга подробные профили дна на трассе движения, что требует идентичности и осесимметричности их характеристик направленности с малой угловой шириной основного лепестка. В данном случае предлагаемый способ градуировки является актуальным, позволяя при соблюдении этого критерия, снизить погрешность измерения скорости.

В гидроакустической аппаратуре для измерения звуковых давлений в водной среде используются гидрофоны, предварительно отградуированные с помощью эталонных средств измерений (см. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П. Голямина. – М.: «Сов. энциклопедия», 1979, 400 с. Гидрофон. с.85 -86). С увеличением количества выпускаемой гидроакустической аппаратуры, в состав которых входят измерительные гидрофоны, возникает проблема разработки новых образцовых средств измерений, позволяющих проводить градуировку в свободном поле с меньшей погрешностью (менее 1 дБ) при большей доверительной вероятности (более 0,68). При практической реализации этих задач в метрологии большое внимание уделяется уменьшению габаритов аппаратуры, повышению ее производительности, а также проектированию средств измерений, обладающих излучающем трактом с малоизменяющимися в широкой полосе частот акустическими параметрами (см. Блинова Л.П., Колесников А.Е., Ланганс Л.Б. Акустические измерения. –М.: Изд-во стандартов, 1971. - 271 с. Глава 1. Общие вопросы акустической метрологии, с.5 – 41).

Известен способ градуировки на основе метода взаимности градуируемого электроакустического преобразователя (см. Клюкин И.И., Колесников А.Е. Акустические измерения в судостроении – Л.:Судостроение, 1966. с.51-58). Данный метод содержит следующие операции:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий, позволяющих уменьшить попадание нежелательной части ультразвуковой (УЗ) энергии как на градуируемый, так и на образцовый ЭАП;

2) устанавливают в водной среде гидроакустического бассейна три ненаправленных ЭАП – вспомогательный, градуируемый и обратимый, образуя равнобедренный треугольник в горизонтальной плоскости, причем, расстояние - между вспомогательным и двумя другими, а расстояние - между градуируемым и обратимым ;

3) задают режимы работы ненаправленных ЭАП: а) вспомогательный – излучающий, б) градуируемый – приемный, в) обратимый – приемоизлучающий;

4) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения как вспомогательного, так и обратимого ЭАП, находящихся в их полосах пропускания и , таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …;

5) задают одночастотный режим возбуждения пьезоэлементов как вспомогательного, так и обратимого ЭАП, т.е. последовательно на каждой из дискретных частот (, ,…,), находящихся в их полосах и пропускания;

6) подают электрический сигнал с частотой на вспомогательный ЭАП, в котором пьезоэлемент с заданной резонансной частотой с апертурой и длиной ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде) колеблется в режиме одностороннего излучения,

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

8) измеряют амплитуду напряжения электрического сигнала, снимаемого с выхода градуируемого ЭАП;

9) измеряют амплитуду напряжения электрического сигнала, снимаемого с выхода обратимого ЭАП, работающего в режиме приема, при этом сохраняя неизменным режим излучения вспомогательного ЭАП на дискретной частоте ;

10) подают электрический сигнал с частотой на обратимый ЭАП, пьезоэлемент которого с резонансной частотой , апертурой и длиной ближней зоны (где - равновесное значение скорости звука в водной среде) колеблется в режиме одностороннего излучения,

11) создают за счет интерференции волновых процессов с частотой от различных участков пьезоэлемента обратимого ЭАП в водной среде гидроакустического бассейна УЗ поле с амплитудой звукового давления в месте расположения градуируемого ЭАП;

12) измеряют:

- величину тока возбуждения обратимого ЭАП;

- амплитуду напряжения электрического сигнала, снимаемого с выхода градуируемого ЭАП;

- расстояние между градуируемым и обратимым ЭАП;

13) вычисляют коэффициент взаимности для обратимого ЭАП: а)при излучении и приеме сферических волн ;

б)при излучении и приеме цилиндрических волн ; в)при излучении и приеме плоских волн , где - плотность водной среды, - равновесная скорость звука в водной среде, - площадь излучаемой поверхности обратимого ЭАП;

14) рассчитывают для первой дискретной частоты частотного диапазона измерений чувствительность по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП по отношению

;

15) выполняют последовательно пункты 6 – 14 способа для значений дискретных частот ,…, возбуждения как вспомогательного, так и обратимого ЭАП, находящихся в полосах пропускания и , что позволяет получить частотную зависимость чувствительности градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема.

Однако, данный способ имеет следующие недостатки и ограничения в применении:

1) способ неприменим для градуировки направленных ЭАП за счет того, что требуется их расположение в водной среде гидроакустического бассейна в вершинах треугольника, а его работоспособность в широком диапазоне частот требует наличия нескольких наборов вспомогательных, градуируемых и обратимых ЭАП;

2) проведение измерений по принципу взаимности осложнено необходимостью: а) создания определенного вида УЗ поля, так как это существенно влияет на погрешность измерений, б) исключения возможности появления помех за счет звукопроводности, электрических наводок и др.

3) при треугольной базе на высоких частотах характеристика направленности приемного ЭАП может отличаться от круговой, что приведет к появлению дополнительной погрешности, причем, на результаты измерений могут влиять искажения характеристик направленности всех трех используемых преобразователей.

4) в способе не предусмотрено применение конструкций из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий, в частности, например, тонкостенных резонансных покрытий в виде слоев перфорированной резины с отверстиями, устраняющими волновые помехи - нежелательные отраженные сигналы от поверхностей в гидроакустическом бассейне, что при градуировке приводит к возникновению осциллирующего вида зависимости выходного напряжения ЭАП от частоты УЗ сигнала, усложняя методику измерений;

5) отсутствует учет нелинейности упругих свойств водной среды, в то время как при распространения УЗ волн происходит генерация новых компонент спектра в гидроакустическом канале, которые могут быть использованы при градуировке.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является ограниченность эксплуатационных требований и возможностей аналога, недостаточная помехозащищенность измерений, осуществляемых в условиях гидроакустического бассейна.

Признаки, совпадающие с заявляемым способом:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий;

2) устанавливают в водной среде гидроакустического бассейна требуемое количество ЭАП так, чтобы они находились в дальних зонах друг друга;

3) задают режимы работы данных ЭАП;

4) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения заданных ЭАП, находящихся в их полосах пропускания, таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = ….

Известен способ замещения для градуировки приемного ЭАП (см. Колесников А.Е. Акустические измерения. – Л.:Судостроение, 1983, с.98 - 99). Данный способ заключается в следующем:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий, позволяющих уменьшить попадание нежелательной части УЗ энергии как на градуируемый, так и на образцовый ЭАП;

2) устанавливают в обоймах поворотного устройства барабанного типа излучающего тракта направленные излучающие ЭАП, снабженные отражательными рефлекторами, таким образом, что их акустические оси разнесены на заданный угол, а фазовые центры апертур находятся на одном уровне в горизонтальной плоскости;

3) выбирают необходимое количество =1,2,…, излучающих ЭАП, пьезоэлементы которых имеют резонансные частоты , , … , исходя из того, чтобы их рабочие полосы пропускания , ….., являясь граничащими друг с другом частотными поддиапазонами, совместно перекрывали весь частотный диапазон (+ +…) градуируемого ЭАП;

4) устанавливают порядок изменения дискретных частот (, ,…,) таким образом, чтобы их величины образовывали последовательность <<.…<<<…<<<<…< с одинаковым шагом изменения - = -= - =…..= - = - = - =… = - = - = - =….;

5) задают одночастотный режим возбуждения пьезоэлементов направленных ЭАП1, ЭАП2, ….,ЭАП,т.е. последовательно на каждой из дискретных частот ( ,…, , ,…, , ,…,, где - выбранное одинаковое количество точек в пределах полос пропускания пьезоэлемента каждого из излучающих ЭАП)), находящихся в частотном диапазоне (+ +…), причем, в процессе градуировки значения частот изменяют от минимальных к максимальным;

6) устанавливают в обоймах поворотного устройства барабанного типа приемного тракта ЭАП – образцовый и градуируемый, таким образом, что заданные направления ориентации в горизонтальной плоскости приемных ЭАП разнесены на заданный угол, а фазовые центры апертур находятся на одном уровне в горизонтальной плоскости;

7) размещают в водной среде гидроакустического бассейна поворотные устройства барабанного типа как излучающего, так и приемного трактов таким образом, чтобы горизонтальные плоскости фазовых центров апертур совместились, а акустические оси и заданное направление ориентации для пары - ЭАП1 и образцового - совпали;

8) подают электрический сигнал с частотой = на излучающий ЭАП1, снабженный отражательным рефлектором, пьезоэлемент которого с апертурой и длиной ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде) колеблется в режиме одностороннего излучения,

9) создают за счет интерференции волновых процессов с частотой от различных участков пьезоэлемента ЭАП1 в водной среде гидроакустического бассейна УЗ поле с пространственной (неравномерной в ближней зоне) структурой амплитуды звукового давления в месте расположения образцового ЭАП;

10) измеряют после обработки (усиление, фильтрация, стробирование) амплитуду электрического сигнала для первой дискретной частоты = частотного диапазона измерений, который вырабатывается образцовым ЭАП;

11) устанавливают градуируемый ЭАП в ту же точку УЗ поля, где был расположен образцовый ЭАП, за счет вращения поворотного устройства барабанного типа приемного тракта на заданный угол, причем, так, чтобы акустическая ось и заданное направление ориентации для заданной пары – ЭАП1 и градуируемого – совпали;

12) измеряют после обработки (усиление, фильтрация, стробирование) амплитуду электрического сигнала для первой дискретной частоты = частотного диапазона измерений, который вырабатывается градуируемым ЭАП;

13) рассчитывают для первой дискретной частоты = частотного диапазона измерений чувствительность по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП по отношению

,

где частотная характеристика чувствительности образцового ЭАП по звуковому давлению заранее известна;

14) подают электрический сигнал с частотой на излучающий ЭАП1, снабженный отражательным рефлектором, пьезоэлемент которого с апертурой и длиной ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде) колеблется в режиме одностороннего излучения,

15) создают за счет интерференции волновых процессов с частотой от различных участков пьезоэлемента излучающего ЭАП1 в водной среде гидроакустического бассейна УЗ поле с пространственной структурой амплитуды звукового давления в месте расположения градуируемого ЭАП;

16) измеряют после обработки (усиление, фильтрация, стробирование) амплитуду электрического сигнала для второй дискретной частоты частотного диапазона измерений, который вырабатывается градуируемым ЭАП;

17) устанавливают образцовый ЭАП в эту же точку УЗ поля, где был расположен градуируемый ЭАП, за счет вращения поворотного устройства барабанного типа приемного тракта на заданный угол, причем, так, чтобы акустическая ось и заданное направление ориентации для пары – ЭАП1 и образцового - соответственно– совпали;

18) измеряют после обработки (усиление, фильтрация, стробирование) амплитуду электрического сигнала для второй дискретной частоты частотного диапазона измерений, который вырабатывается образцовым ЭАП;

19) рассчитывают для второй дискретной частоты частотного диапазона измерений чувствительность по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП по отношению

,

где частотная характеристика чувствительности образцового ЭАП по звуковому давлению заранее известна;

20) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 8 – 19 способа для градуировки для каждого из значений дискретных частот =,…,=, что позволит измерить полностью первую часть частотной зависимости чувствительности по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП при использовании излучающего ЭАП1;

21) устанавливают излучающий ЭАП2 в ту же точку пространства, где был расположен излучающий ЭАП1, за счет вращения поворотного устройства барабанного типа излучающего тракта на заданный угол, причем, так, чтобы акустическая ось и заданное направление ориентации для заданной пары - ЭАП2 и образцового (градуируемого) соответственно– совпали;

22) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 8 – 20 способа для градуировки для значений дискретных частот =,…,=, что позволит измерить следующую часть частотной зависимости чувствительности по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП при использовании излучающего ЭАП2;

23) устанавливают -ный излучающий ЭАП_m в ту же точку пространства, где был расположен как первый, так и второй излучающие ЭАП1,2, за счет вращения поворотного устройства барабанного типа излучающего тракта на заданный угол, причем, так, чтобы акустическая ось и заданное направление ориентации для заданной пары - ЭАП_m и образцового (градуируемого) соответственно– совпали;

24) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 8 – 20 способа для градуировки для значений дискретных частот =,…, =, что позволит измерить завершающую часть частотной зависимости чувствительности по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП при использовании - излучающего ЭАП_m.

Данный способ имеет следующие недостатки и ограничения в применении:

1) описанный способ градуировки в тракте излучения требует перестановки используемых ЭАП с помощью поворотного устройства барабанного типа излучающего тракта, что увеличивает как трудоемкость измерений, так и время, затрачиваемое на их проведение, а также погрешность измерений.

2) при градуировке может допускаться значительная ошибка в определении расстояний между акустическими центрами излучающих и приемных ЭАП за счет существенного изменения весо-габаритных параметров излучающих ЭАП в диапазоне частот градуировки, что требует дополнительной обработки данных для осуществления корректировки;

3) при проведении относительной градуировки методом замещения в приемном тракте не выполняется условие единства места расположения ЭАП в градуируемом УЗ поле - с изменением частоты градуировочных сигналов в УЗ поле варьируются как угловая ширина основного максимума, так и ориентация дополнительных максимумов относительно акустической оси, что требует перемещения конструкций из различных отражающих экранов, диафрагм и других элементов, увеличивая трудоемкость и снижая точность измерений;

4) отсутствует учет нелинейности упругих свойств водной среды, в то время, как при распространении УЗ волн происходит генерация новых компонент спектра в гидроакустическом канале, которые могут быть использованы при градуировке.

Признаки, совпадающие с заявляемым способом:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий;

2) устанавливают в водной среде гидроакустического бассейна требуемое количество ЭАП таким, что они как не затеняют друг друга, так и находятся в дальних зонах друг друга;

3) задают режимы работы данных ЭАП;

4) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения заданных ЭАП, находящихся в их полосах пропускания, таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …. .

В качестве прототипа принят способ относительной градуировки методом сличения ЭАП для регистрации амплитуд звукового давления в гидроакустическом бассейне (см. Справочник по гидроакустике. – Л. «Судостроение», 1982, Глава 7, § 7.3 Градуировка акустических измерительных трактов, с.218 - 219).

Данный способ заключается в следующем:

1) устанавливают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий, позволяющих уменьшить попадание нежелательной части УЗ энергии как на градуируемый, так и на образцовый ЭАП;

2) размещают в водной среде гидроакустического бассейна три ЭАП - направленный, образцовый и градуируемый, таким образом, что на акустической оси первого образцовый и градуируемый расположены как рядом друг с другом, но без затенения, так и на одинаковом удалении, большем длины ближней зоны первого;

3) задают режимы работы ЭАП: а) направленный – излучающий, пьезоэлемент которого имеет резонансную частоту , б) градуируемый – приемный, в) образцовый – приемный;

4) задают 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 пьезоэлемента направленного ЭАП, т.е. последовательно на каждой из дискретных частот (, ,…,,…,), находящихся в его полосе пропускания, причем, в процессе градуировки значения частот изменяют от минимального к максимальному;

6) подают электрический сигнал с частотой на направленный излучающий ЭАП, пьезоэлемент которого с апертурой и длиной ближней зоны (- равновесное значение скорости звука в водной среде) колеблется в режиме одностороннего излучения,

7) создают за счет интерференции волновых процессов с частотой от различных участков пьезоэлемента излучающего ЭАП в водной среде гидроакустического бассейна ультразвуковое поле с пространственной структурой амплитуды звукового давления в месте расположения градуируемого и образцового ЭАП;

8) измеряют амплитуды напряжения и электрических сигналов, снимаемых с выходов образцового и градуируемого ЭАП соответственно;

9) рассчитывают для первой дискретной частоты частотного диапазона измерений чувствительность по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП по отношению

,

где частотная характеристика чувствительности образцового ЭАП по звуковому давлению заранее известна;

10) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 5 – 9 способа для значений дискретных частот ,…, возбуждения излучающего ЭАП, находящихся в полосе пропускания , что позволяет получить частотную зависимость чувствительности градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема.

Данный способ имеет следующие недостатки и ограничения в применении:

1) для проведения измерений в способе предусмотрен образцовый ЭАП в режиме приема, причем, точность измерений ограничивается погрешностью выполнения его градуировки;

2) рабочий диапазон частот устройства, реализующего данный способ, ограничен рабочими диапазонами как образцового ЭАП, так и излучающего ЭАП, причем, для работоспособности в широком диапазоне частот необходимо несколько как излучающих ЭАП, так и образцовых ЭАП в режиме приема;

3) в данном способе применение ЭАП со звукопоглощающими рефлекторами (конус, рупор и др.) не предусмотрено, несмотря на то, что это является эффективным для уменьшения влияния отражений от границ раздела гидроакустического бассейна на результаты измерений, в частности, ухудшает качество измерений, выражаясь в увеличении значений акустического отношения , где - суммарное звуковое давление отраженных сигналов, приходящих в точку приема, - звуковое давление прямого сигнала, поступающего от источника по прямому пути в точку приема;

4) возбуждение пьезоэлемента излучающего ЭАП электрическими сигналами с дискретными частотами (, ,…,), находящимися в его полосе пропускания , приводит к изменению угловой ширины его главного максимума по первым нулям (т.е. между направлениям нулевого излучения), в связи с чем параметры УЗ поля, облучающего образцовый и градуируемый ЭАП, в процессе измерений изменяются, что сказывается на точности градуировки;

5)применение конструкций из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий, в частности, например, тонкостенных резонансных покрытий в виде слоев перфорированной резины с отверстиями, устраняющими волновые помехи - нежелательные отраженные сигналы от поверхностей в гидроакустическом бассейне, целесообразно только в области высоких частот, что усложняет методику измерений, причем, на низких частотах эффективность применения снижена, т. к. сказывается явление дифракции;

6) при проведении относительной градуировки методом сличения не выполняется условие единства места их расположения - это требует учета как направленных свойств излучающего ЭАП, так и влияния отражающих поверхностей бассейна, что увеличивает трудоемкость и снижает точность измерений;

7) в прототипе – способе относительной градуировки излучающий тракт может быть оптимизирован за счет применения эффектов нелинейной акустики, в частности, использование одного ЭАП в режиме параметрического излучения вместо нескольких ЭАП, которые создают УЗ поле за счет явления интерференции, это может обеспечить выполнение условий – единство как времени проведения измерений, так и места размещения градуируемого ЭАП в УЗ поле.

Признаки, совпадающие с заявляемым способом:

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий;

2) устанавливают в водной среде гидроакустического бассейна требуемое количество ЭАП таким, что они как не затеняют друг друга, так и находятся в дальних зонах друг друга;

3) задают режимы работы данных ЭАП;

4) определяют порядок изменения дискретных частот (, ,…,) возбуждения заданных ЭАП, находящихся в их полосах пропускания, таким образом, что величины дискретных частот образуют последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = ….

Таким образом, причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является ограниченность эксплуатационных требований и возможностей прототипа, недостаточная помехозащищенность измерений, осуществляемых в условиях гидроакустического бассейна, что снижает качество и достоверность измерений в заглушенном бассейне и влияет на результаты градуировки.

Задачей изобретения является разработка способа градуировки, обеспечивающего получение стабильного УЗ поля излучения с требуемыми характеристиками для градуировки в условиях измерительного гидроакустического бассейна за счет применения режима параметрического излучения ЭАП.

Технический результат изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей способа градуировки и обеспечении помехозащищенности измерений, позволяя формировать в водной среде градуировочные УЗ сигналы в широком рабочем диапазоне изменения как амплитуд их звукового давления, так и частот колебаний при малом уровне волновых помех в условиях измерительного гидроакустического бассейна.

Технический результат достигается тем, что в способ градуировки обратимых ЭАП, заключающийся в том, что

1) устанавливают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий, позволяющих уменьшить попадание нежелательной части УЗ энергии как на градуируемый, так и на образцовый ЭАП;

2) размещают в водной среде гидроакустического бассейна три ЭАП и задают режимы работы: – направленный -– излучающий, пьезоэлемент которого имеет резонансную частоту , приемные - образцовый и градуируемый, таким образом, что на акустической оси первого последние расположены как рядом друг с другом, но без затенения, так и на одинаковом удалении, большем длины ближней зоны первого;

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 - = - = - = …,;

дополнительно введены следующие операции:

4) накладывают на величины дискретных частот, образующих последовательность (<<…<) с одинаковым шагом изменения - = - = - = …, ограничение: - сумма их значений удовлетворяет равенствам = = = =….. , а разность их значений - равна частотам новых спектральных компонент =, =, =, ….. ;

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

6) подают электрический сигнал с частотами () на направленный излучающий ЭАП, пьезоэлемент которого с заданной резонансной частотой /2 = и апертурой колеблется в режиме одностороннего излучения,

7) создают в водной среде гидроакустического бассейна

- за счет интерференции волновых процессов с частотой как , так и от различных участков пьезоэлемента излучающего ЭАП бигармоническое ультразвуковое поле, а также

- за счет нелинейного взаимодействия волновых процессов с частотами , - ультразвуковое поле низкочастотной спектральной компоненты разностной частоты =,

причем, каждое из УЗ полей обладает своей пространственной структурой амплитуд звукового давления в местах расположения градуируемого и образцового ЭАП;

8) измеряют амплитуды напряжения и электрических сигналов, снимаемых с выходов образцового и градуируемого ЭАП соответственно;

9) рассчитывают для частот () диапазона измерений чувствительность по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП по соотношениям

,

,

,

где частотная характеристика чувствительности

образцового ЭАП по звуковому давлению заранее известна;

10) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 5 – 9 способа для следующих пар частот поочередно (), (), ….., находящихся в полосе пропускания пьезоэлемента возбуждаемого направленного ЭАП, что позволяет получить

частотную зависимость чувствительности

градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема.

Заявляемый способ поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 показана структурная схема устройства, реализующего заявляемое изобретение;

на фиг.2 и фиг.3 – представлены экспериментальные графики для диапазона (0.2–25) кГц, отображающие зависимости частотных характеристик чувствительностей в режиме излучения для прототипа и устройства, реализующего предлагаемое изобретение, соответственно;

на фиг.4 и фиг.5 - в прямоугольной системе координат изображены экспериментальные графики угловой зависимости амплитуды звукового давления, развиваемого в режиме излучения для прототипа (высокочастотный излучатель - ВЧИ, три кривые: 1 – 5 кГц, 2 – 20 кГц, 3 – 25 кГц) и устройства, реализующего предлагаемый способ, (четыре кривые: 1 – 5 кГц, 2 – 20 кГц, 3 – 25 кГц, 4 – 100 кГц) соответственно.

Заявляемый способ реализуется с помощью устройства для градуировки (фиг.1), которое содержит излучающий тракт: два генератора 1, 2 гармонических колебаний с частотами , которые соединены через последовательно включенные сумматор 3, импульсный модулятор 4, согласующий усилитель 6, усилитель мощности 7, режекторный фильтр 8 с излучающим ЭАП 9. Функционирование как импульсного модулятора 4 через синхронизатор 5, так и генераторов 1, 2 гармонических колебаний осуществляется за счет управляющих сигналов, подаваемых с блока управления 24. Дополнительный выход сумматора 3 соединен через последовательно включенные амплитудный детектор 21, фильтр нижней частоты 22 с сигнальным входом частотомера 23, управляющий вход которого также соединен с блоком управления 24. Излучающий ЭАП 9 с резонансной частотой , в полосе пропускания которого находятся частоты гармонических колебаний как первого, так и второго генераторов, величины которых связаны соотношением . ЭАП 9, функционируя в режиме параметрического излучения (РПИ), акустически связан через водную среду 10 распространения с приемными ЭАП: образцовым 12 и испытуемым 13. ЭАП 9, 12, 13 размещены в заглушенном (используются конструкции из различных отражающих экранов, диафрагм и других элементов, позволяющих уменьшить попадание нежелательной части УЗ энергии) бассейне 11, который оборудован координатной системой 20 для их установки и перемещения, причем последняя имеет механический привод от самописца. Приемный тракт устройства содержит последовательно включенные аналоговый ключ 14 для поочередной коммутации выходов приемных ЭАП 12, 13 через усилитель 15, блок фильтров 16, стробирующий блок 17, выход которого соединен со входами как осциллографа 18, так и самописца 19, причем выход последнего механически связан с координатной системой 20. Функционирование как аналогового ключа 14, так и регистрирующей аппаратуры - осциллографа 18 и самописца 19 осуществляется посредством связей с блоком управления 24. Управляющие входы стробирующего блока 17, осциллографа 18 и самописца 19 соединены с соответствующими выходами синхронизатора 5.

Способ для градуировки ЭАП (фиг.1) осуществляется следующим образом. Генераторы 1 и 2 вырабатывают гармонические сигналы с частотами , поступающие на два входа сумматора 3, который приводится в рабочее состояние оператором по команде с блока управления 24. С первого выхода сумматора 3 полученный бигармонический электрический сигнал поступает через амплитудный детектор 21, фильтр низкой частоты 22 на вход частотомера 23 (контроль значения частоты разностного сигнала), а со второго выхода сумматора 3 – на вход импульсного модулятора 4, который управляется оператором по команде с блока управления 24 через синхронизатор 5. В результате на выходе импульсного модулятора 4 возникает радиоимпульс с бигармоническим заполнением, который через согласующий усилитель 6, усилитель мощности 7, режекторный фильтр 8 поступает на ЭАП 9. Работоспособность ЭАП 9 основана на пьезоэлектрическом эффекте, причем, он используется в полосе пропускания, т.е. в диапазоне частот вблизи резонанса его механической системы с частотой . ЭАП 9 в необходимом диапазоне частот создает в водной среде 10 бигармоническое звуковое поле, проявляющееся в возникновении областей сжатия и разряжения, которые распространяются со скоростью звука в направлении приемных ЭАП: образцового 12 и градуируемого 13. Так как водная среда 10 обладает нелинейностью своих упругих характеристик осуществляется нелинейное взаимодействие мощных волн с частотами , в канале распространения, результатом которых является генерация акустических сигналов разностной частоты, т.е. ЭАП 9 функционирует в режиме параметрического излучения. Нелинейное взаимодействие мощных волн при их распространении в водном объеме 10 позволяет разделить в пространстве процессы преобразования электрической энергии в акустическую (ЭАП 9) и формирования направленного излучения (объем воды 10, в котором взаимодействуют спектральные компоненты мощной бигармонической волны и распределены нелинейные источники сигнала разностной частоты). Амплитуда звукового давления сигнала разностной частоты на акустической оси ЭАП 9 плавно возрастает по мере удаления от него, достигая максимума на расстоянии, соизмеримом с его границей ближней зоны , где - размер апертуры ЭАП 9, - циклическая частота, - равновесное значение скорости распространения звука в воде. Расстояние от апертуры ЭАП 9 до расстояния, где сформирован максимум, называют областью насыщения: в ней происходит наиболее интенсивная перекачка энергии бигармонической волны в сигнал разностной частоты, за областью насыщения поглощение и дифракция ослабляют процесс нелинейного взаимодействия спектральных компонент бигармонической волны, и амплитуда звукового давления сигнала разностной частоты начинает также плавно спадать. Угловая расходимость формирующегося сигнала разностной частоты практически совпадает с таковой для бигармонической волны (по основному лепестку ХН излучающего ЭАП 9), причем, уровень бокового излучения пренебрежимо мал за счет того, что для внеосевых направлений нелинейное изменение упругих свойств воды 10 не происходит. В результате этого при небольшой апертуре ЭАП 9 удается получить излучение низкочастотных сигналов в пределах небольших телесных углов при полном отсутствии бокового поля. Полигармонический УЗ сигнал, содержащий спектральные составляющие с частотами распространяется в воде 10, заполняющей заглушенный (используются конструкции из различных отражающих экранов, диафрагм и других элементов, позволяющих уменьшить попадание нежелательной части ультразвуковой энергии) бассейн 11, снабженный координатной системой 20 для крепления и перемещения приемных ЭАП: образцового 12 и градуируемого 13. Приемные ЭАП обладают чувствительностями по звуковому давлению – известной и неизвестной соответственно, и являются приемниками звукового давления, расположены рядом и могут быть поочередно установлены (без «затенения») на акустической оси излучающего ЭАП 9. В соответствии с методом замещения на акустической оси излучающего ЭАП 9 в объеме заглушенного бассейна 11, оборудованного координатной системой 20 для установки и перемещения преобразователей, причем сначала располагают образцовый приемный ЭАП 12. При замещении образцового преобразователя градуируемым 13 сохраняется единство места и полная идентичность используемой аппаратуры. Воздействие звукового поля на приемные: как образцовый 12, так и градуируемый 13 - ЭАП в соответствии с прямым пьезоэффектом приведет к появлению переменного электрического сигнала на их выходах. Таким образом, образцовый 12 и градуируемый 13 ЭАП поочередно преобразуют достигающие их ультразвуковые импульсы в электрические сигналы с амплитудами и , которые через аналоговый ключ 14 для коммутации приемных ЭАП по команде с блока управления 24 поступают на вход приемного тракта, в котором после усиления (усилитель 15), фильтрации (блок фильтров 16) и стробирования (стробируемый блок 17) фиксируются осциллографом 18 и самописцем 19. Управляющие входы стробируемого блока 17, осциллографа 18 и самописца 19 соединены с дополнительным выходом синхронизатора 5, причем, предусмотрен механический привод от самописца 19 к координатной системе 20 бассейна 11. Данное устройство позволит исследователю для необходимых спектральных составляющих частотного диапазона измерений рассчитать значения чувствительности по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП 13

.

Технические характеристики устройства, реализующего заявляемый способ при осуществлении измерений, следующие:

- диапазон рабочих сигналов разностной частоты - (2 ÷ 300) кГц;

- опорный уровень звукового давления 15 Па на расстоянии 1м на разностной частоте 5 кГц;

- угловая ширина основного лепестка характеристики направленности в диапазоне указанных выше рабочих сигналов разностной частоты – (30 ± 1) град;

- параметры апертуры излучающего ЭАП - резонансная частота 1,014 МГц, диаметр 40 мм, слабовогнутый или резонансная частота 2,03 МГц, диаметр 30 мм, слабовыпуклый,

- длина зоны дифракции – 5 см или 4 см;

- зона сферического распространения – 0,5 м или 0,3 м;

- режим работы – импульсный; длительность импульса – (0,06 ÷ 12) мс; частота следования импульсов – (0,5 ÷ 400) Гц; назначение – гидроакустические измерения.

Пример 1.

В данном примере приведено сопоставление соответствия критерию «монотонности изменения» экспериментальных графиков для диапазона (0,2–25) кГц, отображающих зависимости частотных характеристик чувствительностей в режиме излучения для прототипа (фиг.2) и в заявляемом способе (фиг.3). Для обоих графиков на вертикальной оси относительные уровни формирующегося звукового давления отложены в децибелах ( =1 Па), на горизонтальной оси для значений частот используется логарифмический масштаб. В данном диапазоне функционирование способа по прототипу в требуемой полосе частот обусловлено применением двух штатных ЭАП: 1)электродинамического низкочастотного излучателя (НЧИ) – поддиапазон частот (0,2 – 2,5) кГц с габаритными размерами (500 × 300) мм; 2) пьезокерамического высокочастотного излучателя (ВЧИ) – поддиапазон частот (2,5 – 25) кГц с габаритными размерами (200 × 150) мм ( на фиг.3 границы поддиапазонов отмечены вертикальными штриховыми линиями). Следует отметить, что в прототипе для осуществления проверки предусмотрен еще и третий штатный ЭАП – пьезокерамический высокочастотный излучатель (ВЧИ) для поддиапазона частот (25 – 100) кГц с габаритными размерами (100 × 40) мм. Как следует из фиг. 3, участки частотной характеристики как НЧИ, так и ВЧИ в поддиапазонах частот (0,2 – 2,5) кГц и (2,5 – 25) кГц имеют существенную изрезанность и немонотонность приращения ( динамический диапазон до 48 дБ, т.е.~ 250 раз): для НЧИ - до 18 дБ ( ~ 8 раз) и для ВЧИ – до 30 дБ (~ 31 раз). Осуществление измерений по прототипу с такими источниками затруднительно, что не может не отражаться на качестве проверки. Для устройства, реализующего предлагаемый способ, данный критерий удовлетворительно выполнен. Из фиг. 4 видно, что частотная характеристика монотонно возрастает (динамический диапазон до 30 дБ, т.е.~ 31 раз), не имея резких флюктуаций, что является существенным преимуществом в сравнении с прототипом, приводя к повышению точности измерений.

Рассмотрим особенности функционирования электродинамического НЧИ. Основа конструкции НЧИ - помещенная в постоянное магнитное поле катушка, по которой протекает переменный ток. Переменная сила, возникающая при этом, вызывает колебания с частотой тока подвижной системы электродинамического излучателя. В подвижную систему, помимо проводника с током, входит связанное с ним излучающее устройство в виде диафрагмы. Неравномерность частотных характеристик (до 20%) и величина нелинейных искажений (коэффициент гармоник до 10%), создаваемых электродинамическим излучателем, велики, что не может не отражаться на качестве измерений.

Пример 2.

В данном примере приведены сопоставительные данные на соответствие критерию «минимальности как числа, так и уровней добавочных лепестков в характеристике направленности», экспериментальные графики угловой зависимости звукового давления (в прямоугольной системе координат), развиваемого в режиме излучения для прототипа (фиг.4, ВЧИ, три кривые: 1 – 5 кГц, 2 – 20 кГц, 3 – 25 кГц) и заявляемого способа (фиг.5, четыре кривые: 1 – 5 кГц, 2 – 20 кГц, 3 – 25 кГц, 4 – 100 кГц). Для графиков на вертикальной оси относительные уровни регистрируемых гидрофоном напряжений отложены в децибелах, на горизонтальной оси нанесены значения угла отклонения акустической оси ЭАП от направления на гидрофон. Как следует из фиг.4, с ростом частоты излучения ВЧИ постепенно выходит за пределы соответствия данному критерию: кривая 1 – на частоте 5 кГц в диапазоне (-150⁰ ÷+150°) излучение в пределах основного лепестка (динамический диапазон ~ 23 дБ, угловая ширина по уровню (-3 дБ) около 60°), добавочные лепестки отсутствуют, кривая 2 – на частоте 20 кГц в диапазоне (-45⁰ ÷ +30°) излучение в пределах несимметричного основного лепестка (динамический диапазон ~ 23 дБ, угловая ширина по уровню (-3 дБ) около 20⁰), добавочные лепестки появились, причем, УЗ боковое поле слева и справа от акустической оси также несимметрично, кривая 3 – на частоте 25 кГц в диапазоне (- 45° ÷ +50°) излучение в пределах несимметричного основного лепестка (динамический диапазон ~ 45 дБ, угловая ширина по уровню (-3 дБ) около 16°), добавочные лепестки существенны (30 дБ), ультразвуковое боковое поле слева и справа от акустической оси существенно несимметрично. Таким образом, полностью данному критерию прототип соответствует с ВЧИ на частоте 5 кГц. Как следует из фиг.5, рост частоты излучения в устройстве, реализующем предлагаемый способ, не приводит к выходу за пределы соответствия данному критерию: кривые 1,2,3,4 – на частотах 5 кГц. 20 кГц, 25 кГц, 100 кГц в диапазоне (-60^° ÷ +60°) излучение в пределах одного и того же по величине основного лепестка (динамический диапазон ~ 30 дБ, угловая ширина по уровню (-3 дБ) также практически одинакова и составляет около 16°), добавочные лепестки отсутствуют на частотах 20 кГц, 25 кГц, 100 кГц (кривые 2, 3, 4), несущественные симметричные добавочные лепестки с уровнем (- 20 дБ) наблюдаются в направлениях 75° слева и справа относительно акустической оси. Таким образом, для заявляемого способа данный критерий также удовлетворительно выполнен.

Пример 3.

Учет возможных проявлений дифракции необходим в каждом эксперименте, в противном случае могут быть допущены ошибки в результатах измерений и их оценке. Так, сформировавшаяся зона направленности образуется на расстоянии от излучателя сигнала установки , где - максимальный размер источника. На более близком расстоянии от источника звуковое поле имеет сложный нерегулярный характер, что делает невозможным проведение достоверных акустических измерений в ВЧ диапазоне при используемом в прототипе объеме 1 м³ заглушенного бассейна с габаритными размерами (0,9×1,23×0,9) м. Например, для электродинамического НЧИ – поддиапазон частот (0,2 – 2,5) кГц с габаритными размерами (500 × 300) мм граница ближней зоны изменяется в диапазоне (0,07 – 0,83) м; для первого пьезокерамического ВЧИ – поддиапазон частот (2,5 – 25) кГц с габаритными размерами (200 × 150) мм - (0,07 – 0,7) м; для второго пьезокерамического ВЧИ - поддиапазон частот (25 – 100) кГц с габаритными размерами (100 × 40) мм - (0,33 – 1,33) м соответственно. Отсюда видно, что «измерительная» часть заглушенного бассейна имеет недостаточную величину, что снижает и ограничивает как точность, так и частотный диапазон измерений.

Как известно, реальные как излучатель, так и приемник искажают звуковое поле. Так, для излучателя искажения проявляются в том, что создаваемое звуковое давление отличается от звукового давления точечного излучателя той же производительности, оценка этих явлений производится по дифракционной постоянной. Дифракционные постоянные позволяют оценить влияния дифракции на результаты измерений и выбрать такие преобразователи, которые обеспечивают минимальные искажения (и вместе с тем достаточную чувствительность). Например, в предположении сферичности используемых в прототипе излучателей оценим величины дифракционных постоянных: 1) для электродинамического НЧИ – поддиапазон частот (0,2 – 2,5) кГц с габаритным размером 500 мм значение данного параметра изменяется в диапазоне (0,36 – 0,98); для первого пьезокерамического ВЧИ – поддиапазон частот (2,5 – 25) кГц с габаритным размером 200 мм - (0,7 – 0,1); для второго пьезокерамического ВЧИ - поддиапазон частот (25 – 100) кГц с габаритным размером 100 мм - (0,2 – 0,048) соответственно. Из указанного следует, что акустическая часть излучающего тракта в прототипе имеет значительную величину изменения дифракционной постоянной, т.е. минимальные искажения звукового поля в большей степени соответствуют эксплуатации только электродинамического НЧИ, что снижает и ограничивает как точность, так и частотный диапазон измерений.

Пример 4.

Среднее значение силы звука (интенсивности) I, попадающего на приемник, может быть определено из выражения , где - излучаемая мощность; - расстояние от точки источника звука до точки приема; - среднее значение коэффициента поглощения поверхностей измерительного объема; - площадь отражающих поверхностей. Первое слагаемое в этой формуле соответствует прямому звуковому лучу, попадающему непосредственно от излучателя на приемник, второе – сумме лучей, попадающих на приемник после отражения от поверхностей измерительного объема, причем, поле отраженных сигналов должно иметь диффузный характер. Степень диффузности звукового поля называется акустическим отношением и равно частному от деления энергии отраженных звуковых лучей на энергию прямого луча в точке приема. Применение направленных излучателей изменяет плотность прямой звуковой энергии, распространяющейся от излучателя. Отношение диффузной энергии в помещении к энергии прямого сигнала на расстоянии от направленного излучателя, т.е. акустическое отношение , будет равно

,

где - характеристика направленности ЭАП, - коэффициент осевой концентрации (направленности) ЭАП, - длина волны ультразвукового сигнала. Сопоставим изменение акустического отношения - для прототипа:

1)электродинамический НЧИ с габаритными размерами (500 × 300) мм, обеспечивая излучение в поддиапазоне частот/длин волн: (0,2 кГц – 2,5 кГц)/(7,5 м – 0,6 м), имеет для верхней границы величину коэффициента концентрации 5,23;

2) первый пьезокерамический ВЧИ с габаритными размерами (200 × 150) мм, обеспечивая излучение в поддиапазоне частот/длин волн: (2,5 кГц – 25 кГц)/(0,6 м – 0,06 м), имеет величины коэффициента концентрации (1,046 – 104,7);

3) второй пьезокерамический ВЧИ с габаритными размерами (100 × 40) мм, обеспечивая излучение для поддиапазона частот/длин волн: (25 кГц – 100 кГц)/(0,06 м – 0, 015 м), имеет величины коэффициента концентрации (14 – 223,3),

и ЭАП в РПИ с габаритным размером 40 мм и резонансной частотой =1 МГц, с помощью которого обеспечивается излучение в диапазоне разностных частот/длин волн (2,5 кГц/0.6 м – 100 кГц/0,015 м), имеет практически неизменную величину коэффициента концентрации около 7000. Отсюда следует, что в сравнении с прототипом на указанных границах диапазонов использование заявляемого способа, уменьшит отношение диффузной энергии в объеме гидроакустического бассейна к энергии прямого сигнала, т.е. акустического отношения , в 6700 (или 96 дБ) и 32 (или 30 дБ) соответственно. Таким образом, предлагаемый способ расширяет эксплуатационные возможности, увеличивает помехозащищенность и качество измерений, осуществляемых в условиях гидроакустического бассейна.

Пример 5.

Для практической оценки рассмотренных выше преимуществ была проведена тестовая градуировка ЭАП типа гидрофон (∅50 мм, ЦТС-19) в диапазоне частот (5 ÷ 25) кГц на дискретных аттестованных точках третьоктавного ряда с помощью как предлагаемого способа, так и прототипа (см. ГОСТ 12090 – 80. Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды http://docs.cntd.ru/document/1200016367 дата обращения 1.12.2019). Метрологическая обработка результатов многократно повторенных измерений для каждой рабочей точки заключалась в расчете средней квадратической погрешности серий измерений или в децибелах ,

где - среднее значение измеряемой чувствительности гидрофона в режиме приема, - чувствительность гидрофона в режиме приема при -м измерении, - число измерений. Оказалось, что заявляемый способ, в сравнении с прототипом позволяет не только увеличить помехозащищенность и качество измерений, осуществляемых в условиях гидроакустического бассейна, но и снизить среднюю квадратическую погрешность многократных измерений: для прототипа составила 0,6 дБ, а для предлагаемого способа, – 0,4 дБ.

Использование: изобретение относится к области акустических измерений и гидроакустики. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей способа градуировки и обеспечение помехозащищенности измерений. Сущность: в способе градуировки обратимых электроакустических преобразователей антенн корреляционного измерителя скорости течений в сравнении с прототипом ограничивают величины дискретных частот; задают режим возбуждения пьезоэлемента направленного ЭАП на двух частотах одновременно, причем в процессе градуировки разность значений частот изменяют от максимальной к минимальной; подают электрический сигнал с частотами () на направленный излучающий ЭАП, пьезоэлемент которого с заданной резонансной частотой /2 = и апертурой колеблется в режиме одностороннего излучения; создают в водной среде гидроакустического бассейна бигармоническое УЗ поле и УЗ поле низкочастотной спектральной компоненты разностной частоты = измеряют амплитуды напряжения электрических сигналов, снимаемых с выходов образцового и градуируемого ЭАП соответственно; рассчитывают чувствительность по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП; повторно выполняют указанные действия способа для следующих пар частот поочередно для получения частотной зависимости чувствительности градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема; отображают и регистрируют результаты измерений. 5 ил.

Способ градуировки обратимых электроакустических преобразователей антенн корреляционного измерителя скорости течений, заключающийся в том, что

1) размещают в водной среде гидроакустического бассейна направленный излучающий и приемные образцовый и градуируемый ЭАП, при этом пьезоэлемент излучающего ЭАП имеет резонансную частоту , а ЭАП устанавливают таким образом, чтобы на акустической оси излучающего образцовый и градуируемый ЭАП были расположены рядом друг с другом, но без затенения, и на одинаковом удалении, большем длины ближней зоны излучающего ЭАП;

2) устанавливают в водной среде гидроакустического бассейна конструкции из различных звукопоглощающих экранов, диафрагм и покрытий;

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

отличающийся тем, что

4) ограничивают величины дискретных частот таким образом, чтобы сумма их значений удовлетворяла равенствам = = = =….., а разность их значений равнялась частотам новых спектральных компонент =, =, =, …;

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

6) подают электрический сигнал с частотами () на направленный излучающий ЭАП, пьезоэлемент которого с заданной резонансной частотой /2 = и апертурой колеблется в режиме одностороннего излучения,

7) создают в водной среде гидроакустического бассейна бигармоническое УЗ поле за счет интерференции волновых процессов с частотой как , так и от различных участков пьезоэлемента излучающего ЭАП, а также

- УЗ поле низкочастотной спектральной компоненты разностной частоты = за счет нелинейного взаимодействия волновых процессов с частотами ,, каждое из которых обладает своей пространственной структурой амплитуд звукового давления в местах расположения градуируемого и образцового ЭАП;

8) измеряют амплитуды напряжения и электрических сигналов, снимаемых с выходов образцового и градуируемого ЭАП соответственно;

9) рассчитывают для частот () диапазона измерений чувствительность по звуковому давлению в режиме приема для градуируемого ЭАП по соотношениям

,

,

,

где частотная характеристика чувствительности

образцового ЭАП по звуковому давлению заранее известна;

10) выполняют последовательно действия, указанные в пунктах 5–9 для следующих пар частот поочередно (), (), ….., находящихся в полосе пропускания пьезоэлемента возбуждаемого направленного ЭАП, для получения частотной зависимости чувствительности градуируемого ЭАП по звуковому давлению в режиме приема.

11) отображают и регистрируют результаты измерений.