Способ калибровки биградиентного гидрофона Советский патент 1992 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для калибровки гидрофонов биградиента давления звуковой волны в зоне сферического распространения волн методом сравнения с образцовым гидрофоном

Биградиентный гидрофон представляет собой конструктивное соединение двух приемников градиента давления, расположенных аксиально на фиксированном расстоянии друг от друга с встречным включением сигналов. При равных геометриче- ских длинах приемников градиента давления и одинаковых их чувствительно- стях амплитудно-частотная характеристика биградиентного гидрофона в плоской волне пропорциональна квадрату частоты, его х§- рактеристика направленности - квадригу косинуса угла прихода звуковой волны.

Известны способы калибровки приемников градиента давления методом сравнения с образцовым гидрофоном в зоне сферического распространения волн вблизи излучателя звука, заключающиеся в сравнении амплитуд выходных сигналов образцового гидрофона и калибруемого приемника градиента давления и расчета чувствительности калибруемого приемника с введением поправки, учитывающей различие градиента звукового давления в сферической и плоской волнах.

Однако калибровка биградиентных гидрофонов этими способами невозможна, так как применение известной поправки на сферическое распространение волн приводит в этом случае к ошибочным результатам.

В качестве прототипа выбран способ калибровки приемников градиента давления, заключающийся в том, что приемник градиента давления и образцовый гидрофон, расположенные на одинаковом расстоянии R до излучателя звука в зоне сферического

Ч

ел

ы

распространения волн, помещают в середи- нб водного слоя, измеряют напряжения на выходах калибруемого приемника и образцового гидрофона и вычисляют чувствительность калибруемого приемника, учитывая в

окончательных результатах поправку 1JJ на сферическое распространение воли, определяемую по формуле

1/W

1 +

(ккг

где К - волновое число

Недостатком этого способа является то, что при калибровке биградментного гидрофона в зоне сферического распространения

волн применение поправки ч/) приводит к ошибке в определении чувствительности биградиентного гидрофона, увеличивающейся с понижением частоты Кроме тою, расположение биградиентного гидрофона в зоне сферического расположения волн приводит к тому, что градиенты давления звуковой волны, регистрируемые приемниками градиента давления, размещенными на разном расстоянии до излучателя зъука, имеют различные амплитуды, что вызывэет иска- жение характеристик биградиентного гидрофона в области низких частот.

Цель изобретения - повышение точности определения чувствительности бигра- диентных гидрофонов

Поставленная цель достигается тем, что калибруемый биградиентныи гидрофон и образцовый гидрофон помещают в середину водного слоя на одинаковом расстоянии R до излучателя звука, определяемом из условия R L/CT , где L - эффективная длина биградиентного гидрофона, О- задаваемая Погрешность определения чувствительности биградиентного гидрофона, ориентируют ось максимальной чувствительности калибруемого гидрофона на излучатель, измеряют напряжения на выходах калибруемого и образцового гидрофонов и регистрируют чувствительность калибруемого биградиентного гидрофона с учетом поправки на сферическое распространение волн t/, определяемой из выражения

(кяу

Размещение биградиентного гидрофона на расстоянии R L/a до излучателя звука приводит к тому, что отличие амплитуд сигналов с преемников градиента давления одинаковой чувствительности, вызванное сферическим законом распространения звуковой волны, равное нулю в плоской волне, составляет в сферической волне не более о, что позволяет избежать искажения характеристик направленности биградиентного гидрофона и получать его амплитудно-частотную характеристику с задаваемой погрешностью в широком диапазоне частот. Введение поправки if) позволяет компенсировать различие амплитуд второй производной давления звука в сферической и плоских волнах и получать характеристики биградиентного гидрофона в зоне сферического распространения волн, аналогичные его характеристикам в плоской

волне

Способ осуществляется следующим образом.

Располагают образцовый и калибруемый биградиентныи гидрофоны в середине

водного слоя на расстоянии R L/cr до излучателя звука в зоне сферического распространения волн.устанавливают требуемую частоту и амплитуду излучаемого сигнала, измеряют характеристику направленности калибруемого гидрофона, ориентируют ось максимальной чувствительности калибруемого гидрофона на излучатель звука, измеряют напряжения на выходах образцового и калибруемого гидрофонов,

рассчитывают значение поправки т/ на сферическое распространение волн для данных KR и определяют чувствительность калибруемого гидрофона на данной частоте

Количественное значение увеличения

точности определения чувствительности при применении предлагаемого способа калибровки биградиентных гидрофонов по сравнению с прототипом определяется соотношением значений предлагаемой и примененной в прототипе поправок на сферическое распространение волн. Так, при KR 1 применение поправки, указанной в прототипе, приводи™ ошибке в определении чувствительности биградиентного,

гидрофона в 2,5 Раз (или 60%), а при

KR « 1 составляет 2/KR

Применение предлагаемого способа калибровки биградиентных гидрофонов позволяет в зоне сферического распространения волн получать характеристики биградиентного гидрофона в широком диапазоне частот.

Формула изобретения

Способ калибровки биградиентного гидрофона, при котором калибруемый и образцовый гидрофоны помещают в середину водного слоя на одинаковом расстоянии от

излучателя звука, ориентир уют ось максимальной чувствительности калибр уемого гидрофона на излучатель, измеряют напряжение на выходах калибруемого и образцового гидрофонов и регистрируют чувствительность калибруемого гидрофона с учетом поправки на сферическое распространение в олн, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, расстояние R между калибруемым гидрофоном и излучателем выбирают из условия R ,

где L - эффективная длина калибруемого гидрофона, о- погрешность определения чувствительности, Ј поправку на сферическое распространение волн определяют из выражения,.

V

10

(KR)4 где К - волновое число.

Сущность изобретения: калибровку биг- радиентных приемников, выходной сигнал которых пропорционален второй производной давления акустической волны, производят методом сравнения с образцовым гидрофоном в зоне сферического распространения волн. С целью повышения точности определения чувствительности и расширения измеряемого диапазона чартот в сторону низких частот калибруемый и образцовый гидрофоны располагают на расстоянии до излучателя звука R 10L, где L- эффективная длина биградиентного приемника, а учитываемую в результатах вычис- ления поправку на сферическое распространение волн определяют как 1р - V1 +у. . , где К 2л/ А - вол новое K4R4 число.