СПОСОБ ПОВЕРКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГИДРОФОНА БЕЗ ДЕМОНТАЖА С ОБЪЕКТА УСТАНОВКИ
METHOD OF CHECKING PIEZOELECTRIC HYDROPHONE WITHOUT DISMANTLING FROM INSTALLATION OBJECT

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения метрологических характеристик пьезоэлектрического гидрофона (далее - ГД), входящего в состав средств измерения физических величин звукового давления в водной среде, в частности в случаях невозможности его демонтажа для периодической поверки.
i
-3
2
Одной из основных характеристик пьезоэлектрического гидрофона является коэффициент преобразования (далее М), который определяют при поверке прибора в установленный межповерочный интервал по стандартной методике МИ 1620-92 ГСИ «Государственная поверочная схема для средств измерений звукового давления в водной среде в диапазоне частот 1×10÷2×10 кГц». Данное решение выбрано в качестве прототипа.
Для поверки пьезоэлектрического гидрофона его демонтируют и отправляют в поверочную лабораторию, что приводит к значительным временным и финансовым затратам. Размещение поверочной установки вблизи установленных ГД, например в условиях корабля, невозможно.
Таким образом, существует потребность в создании способа поверки пьезоэлектрического гидрофона, обеспечивающего получение достаточно полной и надежной информации о состоянии ГД, а также значительное снижение трудоемкости процесса поверки.
Поставленная задача решается за счет того, что если в известном способе поверки пьезоэлектрического гидрофона с демонтажом его с объекта установки возбуждают пьезоэлектрический гидрофон в лабораторной поверочной установке, снимают значение напряжения на выходе и вычисляют коэффициент преобразования, по значению которого делают вывод о состоянии пьезоэлектрического гидрофона, то согласно заявленному решению возбуждают гидрофон нормированным электрическим сигналом последовательно на частотах, составляющих рабочий диапазон гидрофона, путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала напряжения замещения гидроакустического давления гидрофона, полученного в результате измерения падения напряжения на резисторе, включенном относительно пьезоэлектрической части гидрофона на землю и находящемся во встроенном усилителе, возбужденного при первичной поверке заданным значением гидроакустического давления на заданной частоте.
зам
зам
зам
вых
i
i
Технический результат заявляемого способа заключается в том, что благодаря использованию обратного пьезоэлектрического эффекта для возбуждения гидрофона, установленного на объекте контроля, электрическим сигналом от синус-генератора нормированным по величине напряжением U, появляется возможность поверки пьезоэлектрического гидрофона без его демонтажа с места установки и доставки в поверочную лабораторию. При реализации заявленного способа с помощью дополнительного устройства (адаптера) при первичной поверке определяют значение напряжения замещения U эквивалентной электрической схемы гидрофона со встроенным усилителем, а при периодической поверке возбуждают гидрофон напряжением замещения U, затем по измеренному отклику U гидрофона вычисляют коэффициент преобразования M, и исходя из требований к погрешности коэффициента преобразования делается вывод о качестве датчика, т.е. неуходе М из границ заданной погрешности.
Заявленное решение не известно заявителю из доступных источников информации, т.е. соответствует критерию охраноспособности «новизна». Заявленный способ содержит новую совокупность существенных признаков, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия «изобретательский уровень». Заявляемый способ может быть реализован промышленным путем с использованием известных технических средств.
На чертеже показана блок-схема соединений для определения напряжения замещения гидроакустического возбуждения гидрофона. На схеме показаны: пьезоэлектрическая головка гидроакустическая 1, предусилитель 2, вольтметр 3, генератор 4 и резисторы R1 и R2.
зам
вых
i
Напряжение U эквивалентно гидроакустическому возбуждению гидрофона (т.е. напряжению замещения холостого хода эквивалентной электрической схемы гидрофона) заданным гидроакустическим давлением Р. По измеренному отклику U гидрофона вычисляют коэффициент преобразования М, который по определению равен
зам
Напряжение U определяют в лабораторных условиях при первичной поверке.
зам
Для этого при первичной поверке определяют дополнительную характеристику гидрофона, которая названа "напряжением замещения гидроакустического возбуждения гидрофона" (U). Технически это осуществляют следующим образом. Гидрофон подключают, как показано на фиг 1.
На испытуемый гидрофон воздействуют гидроакустическим давлением Р=100 Па на частоте f=1000 Гц.
вых1
вых1
2
вых2
вых1
вых2
вых1
зам
На выходе гидрофона появится электрический сигнал U. Фиксируют величину U. Затем при Р=0 Па подают через резистор R сигнал от генератора такой величины, чтобы уровень выходного напряжения U на гидрофоне был равен уровню U. По достижении равенства U=U измеряют падение напряжения на резисторе R1, которое является искомым напряжением замещения U гидроакустического возбуждения гидрофона.
зам i
зам i
Определяют величину U на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ГД. Значения U фиксируют в паспорте гидрофона.
зам i
вых i
i
Если от генератора синус-сигнала последовательно подать через резистор R2 напряжение U на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ГД, то на выходе появится сигнал U пропорциональный гидроакустическому давлению 100 Па. Искомые коэффициенты преобразования M вычисляют по формуле
ср
чх
По результатам измерений вычисляют среднее арифметическое значение коэффициента преобразования гидрофона М и неравномерность частотной характеристики гидрофона Θ по формуле:
min
mах
где M и М (мВ/Па) - минимальное и максимальное значения чувствительности гидрофона в заданных диапазонах частот.
зам
Таким образом, заменив нормированное гидроакустическое воздействие на гидрофон электрическим воздействием, мы получили одинаковое возбуждение гидрофона. Нормированным сигналом электрического возбуждения является напряжение U.
зам
Для примера изложены результаты определения U для гидрофона Г61Н зав. №26. Измерения проводились в диапазоне частот (5-10000) Гц. Тем самым получены результаты, позволяющие проследить изменение коэффициента преобразования с изменением частоты, т.е. определить неравномерность частотной характеристики, которую необходимо определять при поверке в соответствии с требованиями МИ 1620-92 ГСИ.
Таблица 1
Напряжение замещения U<sub>зам</sub> гидрофона Г61Н зав. №26
f, Гц
Р, Па
U<sub>вых</sub>, мВ
Коэффициент преобразования
U<sub>зам</sub>, мВ
мВ/Па
дБ, отн. 1 мкВ/Па
5
100
930
9,3
79,4
21,8
16
100
930
9,3
79,4
21,8
31,5
100
930
9,3
79,4
21,8
63
100
920
9,2
79,3
21,8
250
100
920
9,2
79,3
22,1
500
100
900
9,0
79,1
21,7
1000
100
850
8,5
78,6
20,6
2500
100
740
7,4
77,4
18,1
5000
100
632
6,3
75,9
13,2
10000
100
520
5,2
74,3
10,8
Заявляемый способ дает возможность значительно уменьшить затраты на определение возможности применения виброизмерительных гидрофонов в составе измерительных информационных систем при периодических поверках.