СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИДРОФОНОВ МЕТОДОМ ВЗАИМНОСТИ
METHOD FOR CALIBRATION OF HYDROPHONES BY RECIPROCITY METHOD

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке гидрофонов методом взаимности.
Известен способ градуировки гидрофонов (Г) методом взаимности, заключающемся в том, что в измерительном бассейне на одной прямой на известном расстоянии друг от друга располагаются гидрофон, излучатель и обратимый преобразователь, при этом гидрофон размещают между излучателем и обратимым преобразователем и ориентируют продольной осью диаграммы направленности на обратимый преобразователь, формируют тонально-импульсный сигнал излучения заданной частоты, которым возбуждают обратимый преобразователь, облучают гидрофон сигналом обратимого преобразователя, принимают сигнал обратимого преобразователя и регистрируют выходные сигналы с градуируемого гидрофона, обратимого преобразователя и тока через обратимый преобразователь, сдвинутых к моменту времени Т=0, затем осуществляют преобразование Фурье и определяют чувствительность  по формуле:
12
13
23
12
23;
13
где Т - момент времени прихода первого отраженного сигнала от стенок или поверхности воды в бассейне; S(f); S(f); ; S(f); SI(f) - преобразования Фурье на участке (0-Т) выходных сигналов с градуируемого гидрофона, обратимого преобразователя и тока через обратимый преобразователь, сдвинутых к моменту времени Т=0; r; r r - расстояние между акустическими центрами гидрофон - излучатель, гидрофон - обратимый преобразователь и обратимый преобразователь - излучатель соответственно; ρ - плотность воды; f - частота; к - волновой вектор; j - мнимая единица (А.Е. Исаев «Точная градуировка приемников звукового давления в водной среде в условиях свободного поля.» Под ред. П.А. Красовского. ВНИИФТРИ. Менделеев, 2008 г., стр. 30-85, [1]).
Данный способ принят за прототип.
Недостатком прототипа являются погрешности градуировки, связанные с наличием отражений тонально-импульсного сигнала, подаваемого с излучателя на гидрофон, от элементов конструкции корпуса гидрофона, обтекателя и креплений, а также от поверхности воды и стенок бассейна.
Применение преобразования Фурье тонально-импульсного сигнала позволяет уменьшить эти погрешности, но не исключает их совсем.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности градуировки гидрофонов методом взаимности.
Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе градуировки гидрофонов методом взаимности, заключающемся в том, что способ градуировки гидрофонов методом взаимности, заключающийся в том, что в измерительном бассейне на одной прямой на известном расстоянии друг от друга располагаются гидрофон, излучатель и обратимый преобразователь, при этом гидрофон размещают между излучателем и обратимым преобразователем и ориентируют продольной осью диаграммы направленности на обратимый преобразователь, формируют тонально-импульсный сигнал излучения заданной частоты, которым возбуждают обратимый преобразователь, облучают гидрофон сигналом обратимого преобразователя, принимают сигнал обратимого преобразователя и регистрируют выходные сигналы с градуируемого гидрофона, обратимого преобразователя и тока через обратимый преобразователь, сдвинутых к моменту времени Т=0, затем осуществляют преобразование Фурье и определяют чувствительность  по формуле:
12
13
23
12
23
13
в качестве тонально-импульсного сигнала используют однопериодный тонально-импульсный сигнал с гауссовой огибающей, где Т - момент времени прихода первого отраженного сигнала от стенок или поверхности воды в бассейне; S(f); S(f); S(f); SI(t) - преобразования Фурье на участке (0-Т) выходных сигналов с градуируемого гидрофона, обратимого преобразователя и тока через обратимый преобразователь, сдвинутых к моменту времени Т=0: r; r; r - расстояние между акустическими центрами гидрофон - излучатель, гидрофон - обратимый преобразователь и обратимый преобразователь-излучатель соответственно; ρ - плотность воды; f - частота; к - волновой вектор; j - мнимая единица.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема реализации метода взаимности; на фиг.2, 3 - диаграммы, поясняющие существо способа.
Стандартная процедура градуировки гидрофонов методом взаимности [1] основана на следующих предположениях - приемники и излучатели (один из которых обязательно является обратимым) точечные, приемник (гидрофон) находится в поле сферической волны, создаваемой излучателем (при этом выполняется закон обратно пропорциональной зависимости звукового давления от расстояния).
12
23
13
Излучатель 1, гидрофон 2 и обратимый преобразователь 3 (фиг.1) располагаются на известных расстояниях друг от друга r; r; r, причем гидрофон 2 располагают между излучателем 1 и обратимым преобразователем 3.
12
На излучатель 1 подают однопериодный (в виде одного периода синусоиды) тонально-импульсный сигнал В с гауссовой огибающей (фиг.2). Схема излучающего тракта для создания тонально-импульсных сигналов (с 3-10 периодами несущей частоты) представлена в прототипе [1, стр.87, рис.24]. Для реализации данного способа на модулятор известной схемы подается модулирующий импульс в виде гауссовой кривой.
Метод взаимности осуществляется согласно ГОСТ Р МЭК 61094-32001, ГОСТ Р МЭК 62127-2 2009 в три этапа:
12
I этап - излучает излучатель,1 регистрируется выходной сигнал с гидрофона 2, определяется преобразование Фурье S(f) для зарегистрированного сигнала (фиг.3).
13
II этап - обратимый преобразователь 3 работает в режиме приема, режим работы излучателя 1 не изменяется, измеряется выходной сигнал с обратимого преобразователя 3 и определяется преобразование Фурье S(f) для этого сигнала.
23
III этап - обратимый преобразователь 3 работает в режиме излучения, его возбуждают током I от дополнительного генератора (на чертеже не показан) и формируют звуковое давление, действующее на гидрофон 2. Выходной сигнал гидрофона 2 регистрируют и определяют преобразование Фурье S(f) для этого сигнала.
Также определяют преобразование Фурье SI(f) для тока I.
Чувствительность  для градуируемого гидрофона 2 определяют но формуле (1).
Если необходим только модуль чувствительности по свободному полю, то используются модули спектральных коэффициентов дискретного преобразования Фурье сигналов с обратимого преобразователя 3 градуируемого гидрофона 2 и тока через обратимый преобразователь 3.
Фазовый угол чувствительности по свободному полю для градуируемого гидрофона 2 определяют по фазовым углам коэффициентов преобразования Фурье с учетом условий для решения неоднозначности при фазе 180°.
Использование коротких (однопериодных) импульсов с гауссовой огибающей (фиг.2) для возбуждения излучателя 1 позволяет достичь поставленного технического результата, поскольку спектр (фиг.3) такого импульса является достаточно гладким и широким, что позволяет использовать радиоимпульс с одной несущей частотой для градуировки гидрофонов в широком диапазоне частот.