RU2573446C1 - Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника - Google Patents
Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573446C1 RU2573446C1 RU2014144052/28A RU2014144052A RU2573446C1 RU 2573446 C1 RU2573446 C1 RU 2573446C1 RU 2014144052/28 A RU2014144052/28 A RU 2014144052/28A RU 2014144052 A RU2014144052 A RU 2014144052A RU 2573446 C1 RU2573446 C1 RU 2573446C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- frequency
- emitter
- field
- reversible transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гидроакустике. Стенд содержит излучатель, обратимый преобразователь и градуируемый гидроакустический приемник, которые расположены в измерительном бассейне на одной прямой и разнесены в пространстве относительно друг друга на определенное расстояние. Излучатель и обратимый преобразователь поочередно возбуждают электрическим сигналом и определяют передаточные импедансы по полю пары излучатель - градуируемый приемник, пары излучатель - обратимый преобразователь и пары обратимый преобразователь - градуируемый приемник. Вычисляют амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики чувствительности по полю градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формуле метода взаимности. Амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики чувствительности по полю гидроакустического приемника к векторным величинам гидроакустического поля определяют по формулам
Description
Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для градуировки (определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности) по полю векторного гидроакустического приемника.
К настоящему времени благодаря совершенствованию конструкции векторных гидроакустических приемников частотный диапазон векторно-фазовых измерений удалось расширить до 12,5 кГц, что потребовало соответствующего расширения частотного диапазона и разработки новых методов градуировки векторных приемников.
Известен способ градуировки векторного гидроакустического приемника в поле стоячей звуковой волны, которое создают в вертикальном столбе жидкости, колеблющемся в жесткой акустической камере, имеющей вид открытой сверху трубы [1, 2].
Возможности известного способа ограничены частотой 1-2 кГц (так называемой, критической частотой камеры). Попытки выполнить в камере градуировки на более высоких частотах приводят к значительному увеличению погрешности результата, что обусловлено как усложнением математической модели камеры, так и возрастающими с частотой искажениями звукового поля устанавливаемым в камеру градуируемым векторным приемником с его системой крепления. Недостатком известного способа является также то, что в результате градуировки не удается определить фазочастотную характеристику чувствительности векторного приемника.
За прототип принят способ определения чувствительности гидроакустического приемника звукового давления методом взаимности в свободном поле, который применяют на частотах от единиц килогерц и выше для градуировки гидрофона [3, 4].
Метод взаимности основан на использовании обратимого преобразователя, чувствительности которого на прием и излучение связаны известной зависимостью (параметр взаимности). Метод позволяет выполнять градуировку без использования опорного акустического приемника с известной чувствительностью, при этом дает возможность получать значения фазового угла чувствительности.
Прототип, например в [4], заключается в расположении в измерительном бассейне с водой излучателя Р, обратимого преобразователя T и градуируемого приемника R при известных расстояниях rPR между излучателем и приемником, rPT между излучателем и обратимым преобразователем и rTR между обратимым преобразователем и приемником достаточно больших для формирования на приемнике локально-плоских сферических звуковых волн излучателя и обратимого преобразователя, а на обратимом преобразователе - локально-плоской волны излучателя, возбуждении излучателя электрическим сигналом, измерении тока через излучатель и выходных напряжений приемника и обратимого преобразователя, возбуждении обратимого преобразователя электрическим сигналом, измерении тока через обратимый преобразователь и выходного напряжения приемника, определении частотных зависимостей комплексных передаточных импедансов по полю ZPR(ƒ) пары излучатель - градуируемый приемник, ZPT(ƒ) пары излучатель - обратимый преобразователь, ZTR(ƒ) пары обратимый преобразователь - градуируемый приемник, определении амплитудно-частотной
и фазочастотной arg(ΜR(ƒ)) характеристик чувствительности по полю градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формулам
где ƒ - частота, ρ - плотность воды, |…| и arg(…) означают соответственно модуль и аргумент комплексной частотной зависимости, k=2π/λ - волновое число, λ - длина звуковой волны, с - скорость звука в воде.
Недостатком прототипа является то, что способ позволяет определить только амплитудно- и фазочастотную характеристики чувствительности приемника к звуковому давлению (скалярной величине гидроакустического поля). Возможности метода ограничены градуировкой гидрофонов (гидроакустических приемников звукового давления).
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является расширение возможностей известного способа определения чувствительности по полю гидроакустического приемника за счет обеспечения возможности градуировать по полю гидроакустический векторный приемник (приемник градиента и биградиента звукового давления, колебательной скорости и ускорения и т.п.) в расширенном до 12,5 кГц и выше частотном диапазоне.
Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе, заключающемся в расположении в измерительном бассейне с водой излучателя Р, обратимого преобразователя T и градуируемого приемника R при известных расстояниях rPR между излучателем и приемником, rPT между излучателем и обратимым преобразователем и rTR между обратимым преобразователем и приемником достаточно больших для формирования на приемнике локально-плоских сферических звуковых волн излучателя и обратимого преобразователя, а на обратимом преобразователе - локально-плоской волны излучателя, возбуждении излучателя электрическим сигналом, измерении тока через излучатель и выходных напряжений приемника и обратимого преобразователя, возбуждении обратимого преобразователя электрическим сигналом, измерении тока через обратимый преобразователь и выходного напряжения приемника, определении частотных зависимостей комплексных передаточных импедансов по полю ZFR(ƒ) пары излучатель - градуируемый приемник, ZPT(ƒ) пары излучатель - обратимый преобразователь, ZTR(ƒ) пары обратимый преобразователь - градуируемый приемник, определении амплитудно-частотной
и фазочастотной arg(MR(ƒ)) характеристик чувствительности по полю градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формулам
где ƒ - частота, ρ - плотность воды, |…| и arg(…) означают соответственно модуль и аргумент комплексной частотной зависимости, k=2π/λ - волновое число, λ - длина звуковой волны, с - скорость звука в воде, амплитудно-частотную
и фазочастотную
характеристики чувствительности по полю гидроакустического приемника к векторным величинам гидроакустического поля определяют по формулам
где для гидроакустического приемника градиента звукового давления
и arg(θ(r))=arctg(kr), для приемника колебательной скорости частиц воды
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема расположения преобразователей в измерительном бассейне при градуировке гидроакустического векторного приемника.
Обратимый преобразователь Т, векторный гидроакустический приемник R и излучатель P располагают в измерительном бассейне на одной прямой, как это показано на чертеже с излучателем. Расстояния rPT между излучателем и обратимым преобразователем, rPR между излучателем и векторным приемником, rTR между обратимым преобразователем и векторным приемником выбирают такими, чтобы падающие в измерительном эксперименте на обратимый преобразователь и векторный приемник сферические волны можно считать локально плоскими.
Возможность комплексной градуировки по полю векторного приемника с использованием метода взаимности поясним на примере приемника градиента звукового давления (ПГД).
Комплексное напряжение UPR на выходе ПГД, находящегося в поле сферической волны на расстоянии rPR от излучателя, пропорционально градиенту звукового давления:
где
- комплексная чувствительность к градиенту звукового давления,
и
- соответственно градиент звукового давления и звуковое давление в сферической волне на расстоянии r от излучателя, [1].
Комплексный передаточный импеданс ZPR пары излучатель - градуируемый ПГД получают как отношение комплексного выходного напряжения канала UPR к комплексному току излучателя IP:
где rPR - расстояние между ПГД и излучателем, SP - комплексная чувствительность на излучение к току.
Запись комплексного передаточного импеданса ZTR пары обратимый преобразователь - ПГД имеет аналогичный вид:
где rTR - расстояние между ПГД и обратимым преобразователем, где ST и IT - соответственно комплексные чувствительность на излучение к току и ток через обратимый преобразователь.
В общепринятой записи комплексный передаточный импеданс ZPT пары излучатель - обратимый преобразователь (преобразователей звукового давления) имеет вид:
где rPT - расстояние между излучателем и обратимым преобразователем.
В поле сферической волны комплексные чувствительность обратимого преобразователя на прием и на излучение связаны между собой через комплексный параметр взаимности, полученный Беранеком [3, 4]:
Используя выражения (1), (2), (3), (4) аналогично тому, как это сделано в прототипе [4] для комплексной чувствительности гидрофона, получим формулы, позволяющие вычислять модуль
и фазовый угол
комплексной чувствительности ПГД с использованием параметра взаимности обратимого преобразователя звукового давления:
где
Гидроакустический векторный приемник градуируют, основываясь на устанавливаемой теоретически и подтверждаемой экспериментально связи между звуковым давлением и измеряемой приемником векторной величиной гидроакустического поля, реализуемого в эксперименте. При измерениях в море векторный приемник находится на достаточном удалении от источника звука, и на него падает плоская бегущая звуковая волна. Поэтому при градуировке векторного приемника определяют чувствительность по полю, пересчитывая полученный результат к условиям, как если бы приемник находился в поле плоской бегущей звуковой волны.
Этим достигается поставленный технический результат.
Литература
1. Гордиенко В.А. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Физматлит, 2007. 480 с.
2. В.А. Гордиенко, Б.И. Гончаренко, С.С. Задорожный, М.В. Старкова. Расширение диапазона градуировки векторных приемников в неоднородном поле измерительных камер в сторону высоких частот // Акуст. журн. 2012, том 58, №5, с. 623-627.
3. L.D. Luker and A.L. Van Buren, "Phase calibration of hydrophones," J. Acoust. Soc. Am. 70, 516-519 (1981).
4. МЭК 60565:2006 Гидроакустика. Гидрофоны. Калибровка в частотном диапазоне от 0,01 Гц до 1 МГц (IEC 60565:2006 Underwater acoustics - Hydrophones - Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1 MHz) - прототип.
Claims (1)
- Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника, заключающийся в расположении в измерительном бассейне с водой излучателя P, обратимого преобразователя T и градуируемого приемника R при известных расстояниях rPR между излучателем и приемником, rPT между излучателем и обратимым преобразователем и rTR между обратимым преобразователем и приемником достаточно больших для формирования на приемнике локально-плоских сферических звуковых волн излучателя и обратимого преобразователя, а на обратимом преобразователе - локально-плоской волны излучателя, возбуждении излучателя электрическим сигналом, измерении тока через излучатель и выходных напряжений приемника и обратимого преобразователя, возбуждении обратимого преобразователя электрическим сигналом, измерении тока через обратимый преобразователь и выходного напряжения приемника, определении частотных зависимостей комплексных передаточных импедансов по полю ZPR(f) пары излучатель - градуируемый приемник, ZPT(f) пары излучатель - обратимый преобразователь, ZTR(f) пары обратимый преобразователь - градуируемый приемник, определении амплитудно-частотной |MR(f)| и фазочастотной arg(MR(f)) характеристик чувствительности по полю градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формулам
где f - частота,
где для гидроакустического приемника градиента звукового давления и arg(
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144052/28A RU2573446C1 (ru) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144052/28A RU2573446C1 (ru) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2573446C1 true RU2573446C1 (ru) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014144052/28A RU2573446C1 (ru) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2573446C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107687892A (zh) * | 2017-08-07 | 2018-02-13 | 国家电网公司 | 一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法 |
RU2655049C1 (ru) * | 2017-07-26 | 2018-05-23 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ калибровки гидрофона по полю на низких частотах |
RU2787353C1 (ru) * | 2022-04-25 | 2023-01-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) | Способ определения фазочастотной характеристики гидрофона по его амплитудно-частотной характеристике чувствительности |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU614557A1 (ru) * | 1976-08-27 | 1978-07-05 | Предприятие П/Я Г-4868 | Способ калибровки приемников колебательной скорости |
US4453238A (en) * | 1982-04-15 | 1984-06-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus and method for determining the phase sensitivity of hydrophones |
US8576657B1 (en) * | 2011-09-07 | 2013-11-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for calibrating a plurality of data channels in a vector sensor |
RU2509441C1 (ru) * | 2012-10-16 | 2014-03-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ определения фазового угла комплексной чувствительности гидрофона методом взаимности |
-
2014
- 2014-10-31 RU RU2014144052/28A patent/RU2573446C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU614557A1 (ru) * | 1976-08-27 | 1978-07-05 | Предприятие П/Я Г-4868 | Способ калибровки приемников колебательной скорости |
US4453238A (en) * | 1982-04-15 | 1984-06-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus and method for determining the phase sensitivity of hydrophones |
US8576657B1 (en) * | 2011-09-07 | 2013-11-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for calibrating a plurality of data channels in a vector sensor |
RU2509441C1 (ru) * | 2012-10-16 | 2014-03-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ определения фазового угла комплексной чувствительности гидрофона методом взаимности |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МЭК 60565:2006 Гидроакустика. Гидрофоны. Калибровка в частотном диапазоне от 0,01 Гц до 1 МГц (IEC 60565:2006 Underwater acoustics - Hydrophones - Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1MHz). А. Е. Исаев. Комплексная градуировка приемника градиента давления с использованием процедуры метода взаимности // Акустический журнал. - 2014. - Т. 60, N 1. - С. 48-55, 07.11.2013. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2655049C1 (ru) * | 2017-07-26 | 2018-05-23 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ калибровки гидрофона по полю на низких частотах |
CN107687892A (zh) * | 2017-08-07 | 2018-02-13 | 国家电网公司 | 一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法 |
CN107687892B (zh) * | 2017-08-07 | 2019-11-26 | 国家电网公司 | 一种声传感器低频灵敏度的测试装置和方法 |
RU2787353C1 (ru) * | 2022-04-25 | 2023-01-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) | Способ определения фазочастотной характеристики гидрофона по его амплитудно-частотной характеристике чувствительности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102141427B (zh) | 一种利用激光测振仪检测液体媒介中声场参数的方法 | |
US20110271769A1 (en) | Flow measuring apparatus | |
US10908131B2 (en) | Acoustic gas volume fraction measurement in a multiphase flowing liquid | |
CN105378471A (zh) | 用于测量多相油-水-气混合物的属性的方法 | |
CN110383014B (zh) | 用于测量管道中流体的流速的设备和方法 | |
CN109302667B (zh) | 一种水声发射换能器宽带发送响应的快速测量方法及装置 | |
US4218924A (en) | Ultrasonic ellipsometer | |
Monnier et al. | Primary calibration of acoustic emission sensors by the method of reciprocity, theoretical and experimental considerations | |
WO2011078691A2 (en) | Measuring apparatus | |
CN109764950A (zh) | 一种基于加速度计的同振式矢量水听器绝对校准方法 | |
RU2573446C1 (ru) | Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника | |
US9897712B2 (en) | Method of acquiring ghost-free signatures for broadband source calibration | |
CN111412974A (zh) | 一种同振式矢量传感器校准***和方法 | |
Van Neer et al. | Reflector-based phase calibration of ultrasound transducers | |
RU2563603C1 (ru) | Способ определения чувствительности по полю гидроакустического приемника | |
JP2009025093A (ja) | 電磁超音波測定装置および電磁超音波を用いた板厚および応力の測定方法 | |
JPH02228516A (ja) | 長さの測定方法およびその測定装置 | |
JP2017187310A (ja) | 超音波流量計 | |
RU2452978C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
JP3861161B2 (ja) | 流体の流量測定方法及び流量測定装置 | |
RU2452977C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
RU2452979C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
EP3963373B1 (en) | A pressure coupling chamber for hydrophone calibration | |
RU2376612C1 (ru) | Способ гидрометеорологических наблюдений за акваторией морского полигона и устройство для его осуществления | |
RU2456635C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта |