Способ градуировки обратимых преобразователей Советский патент 1991 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для испытания гидроакустической навигационной и рыбопоисковой аппаратуры, установленной на судах.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей за счет проведения градуировки в натурных условиях.

На фиг. 1 показана схема градуировки обратимых преобразователей на основе самовзаимности; на фиг. 2 - проведение градуировки в натурных условиях.

Основой метода служит то. что излученный импульс после отражения принимается тем же преобразователем.

Приведенное звуковое давление, развиваемое обратимым преобразователем, можно определить из выражения

Ц

гж

,()

где /UK - чувствительность преобразователя в режиме приема;

Do - напряжение отраженного импульса;

UB - напряжение, пропорциональное току возбуждения, измеряемое на малом сопротивлении Р;

Н - коэффициент взаимности;

R - сопротивление.

(Л

С

Н

Р-1

где г - расстояние до точки приема;

р - плотность среды;

f - частота сигнала. Теперь

лх ч/ТГЛТ гГ (2)

UB/3f

Чувствительность преобразователя в режиме излучения определяется как отношение развиваемого на гидрофоне сигнала к чувствительности гидрофона, отнесенное к напряжению зондирующего импульса и приведенное к расстоянию 1 м.

В случае обратимого преобразователя гидрофон - это тот же преобразователь. Таким образом

О

vj

О 00 iO 00

,

(3)

где - чувствительность в режиме излучения;

и0 напряжение отраженного импульса:

г - расстояние до точки приема:

- чувствительность в режиме при ема;

Ur - напряжение зондирующего импульса.

Приведенное звуковое давление равно

I-

u0 г Rp7-Dftlp f

о Pub r

UojJejiir1

2R

Рассмотрим работу эхолота, антенна которого ориентирована в сторону дна (фиг. 2),

Если бы коэффициент отражения звука дна был равен единице, то при обеспечении условия, когда можно воспользоваться пра пилами геометрической акустики, в точке приема создавалось бы давление

рг п

(5)

где Ро - приведенное звуковое давление развиваемое обратимым преобразовате лем:

г расстояние до точки приема.

Так как дно акватории не является полностью отражающей поверхностью.величина звукового давления в точке приема оказывается равной

-

Р - ° п

г Uдна

(6)

где Одна коэффициент отражения звука дна.

Соответственно амплитуда отраженного импульса

UQ - U0 Одм

о идна

(7)

где U0 амплитуда отраженного от дна импульса.

Этой формулой можно воспользоваться, если с достаточной точностью определен коэффициент отражения звука дна.

Воспользуемся информацией, которую несет переотраженный сигнал - сигнал, отраженный от поверхности преобразователя (или от днища судна), еще раз отразившийся 10 от дна и снова принятый антенной.

Преобразователь с плоской рабочей поверхностью на резонансной частоте обеспе- чит зеркальное отражение звуковой посылки, т.е. поведет себя точно так же. как 15 граница вода - воздух.

Аналитически отношение между величинами отраженного U0 и переотраженного Un импульсов можно выразить формулой

UL (9)

Одна

В этой формуле двойка в числителе учитывает двойное прохождение звуковой посылки (для переотраженного импульса).

Отсюда

2

Uj, Uk

(10)

30

35

40

45

Подставляя выражение для коэффициента отражения звука дна в выражение (8).

получим

т

Р0 у Up Ц8р г f(Ц)

Un4 R

Таким образом, если обеспечиваются условия, когда можно воспользоваться правилами геометрической акустики, то можно определить приведенное звуковое давление аппаратуры при наличии не полностью отражающей поверхности.

Формула для чувствительности в режиме приема выводится аналогично с учетом выражения (10):

77- НИUB«MR

U о HR

9

Дна

Slip U

Опуская значки

в штрих

получим

Изобретение может быть использовано в судостроении при испытаниях установленной на судах навигационной и рыбопоисковой гидроакустической аппаратуры. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей за счет проведения градуировки в натурных условиях. На антенне эхолота или гидролокатора измеряется напряжение отраженного и переотраженного от дна акватории сигналов, а чувствительность определяется из приведенного выражения. 2 ил.

Очевидно, что формула для приведенного звукового давления в случае не полно стью отражающей поверхности должна принять вид

Ро -у СГоУ8Јт 2 R Од,,

f

(8)

( Ч

UP HR 2UnUB

(12)

В условиях судостроительного предприятия на глубинах 3-6 м под килем судна за счет расширения фронта волны отражаю

щая поверхность определяется не поверх ностью антенны, а днищем судна

Поэтому в формулу для приведенного звукового давления необходимо ввести коэффициент отражения звука материала днища (как правило, стали), QCi 0,94.

Вводя также вместо расстояния г глубину под килем h и избавляясь от значка штрих при 1)з и Us, получим

D UoUB/5f hQom РоTU R-(13)

Погрешность результата измерения приведенного звукового давления в натурных условиях по предлагаемому способу меньше погрешности результата измерения приведенного звукового давления по известному способу

Кроме того, приведенное звуковое давление гидроакустической аппаратуры можно проверять уже в процессе ее настройки.

Не представляет трудностей также осуществление системы встроенного контроля, позволяющей определить приведенное звуковое давление в процессе эксплуатации.

Повышение качества испытания эхолотов на акватории судостроительного завода позволяет сократить, а в ряде случаев иск

5

лючить ходовые испытания судня. требующие непроизводительны загрят времени, топлива и моторесурсл судового оборудовз ния.

Формула изобретения Способ градуировки обратимых преоб разователей, заключающийся в излучении акустического импульса, измерении тока через преобразователь в режиме излучения, измерении амплитуды принятого отраженного сигнала и вычислении чувствительности преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет проведения градуировки в натурных условиях, измеряют амплитуду переотраженного от преобразователя сигнала, а чувствительность определяют из выражения

«х

2Unl

где «х - чувствительность преобразователя в режиме приема.

U0 - напряжение отраженного сигнала

Un напряжение неотраженного сигнала;

I - ток через преобразователь в режиме излучения:

Н - коэффициент взаимности

V

1

cpuzi

фиг