Файл: Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения.pdf

где k — волновое число 2я/Я = со/с. Если колебательная скорость

дна равна х, a ZL — нагрузка, или удельный акустический им­ педанс излучения на дне, то

Согласно теории передающих линий, ZL==jpctgkb, где р — плотность воды, а с — скорость звука в воде. Если стенки трубы абсолютно жесткие, то скорость звука в ней совпадает со ско­ ростью звука в свободном поле. На самом деле стенки имеют конечный импеданс, и с в трубе меньше, чем в свободном поле. Тогда

трубы в отсутствие потерь. При обычном низкочастотном при­ ближении (Ы<С 1 и&1<^1) формула (2.49) упрощается:

(2.50)

Соотношение (2.50), представляющее собой частный случай вто­ рого закона Ньютона, показывает, что давление зависит от массы воды, лежащей выше глубины d. Тогда чувствительность в режиме приема М небольшого гидрофона-, помещенного на глубине d, равна

Шлосс и Страсберг приводят критерий для поперечного се­ чения: радиус г сферического гидрофона ограничивается усло­ вием x<^r^.d. Это значит, что радиус гидрофона должен быть много больше, чем амплитуда колебаний х, и много меньше глу­ бины. Небольшой линейный гидрофон, помещенный вдоль оси трубы, можно отградуировать при условии, что давление pd ли­ нейно изменяется по длине гидрофона и d измеряется от его середины. Влияния большего звукового давления на глубинах ниже d и меньшего на глубинах выше d усредняются, что дает среднее давление в точке на глубине d.

В обеих разновидностях этого метода гидрофон закрепляется неподвижно. Поэтому он подвержен воздействию переменного

Это давление очень мало по сравнению с инерционным давлением, за исключением области очень низких частот (ме­ нее 10 Гц).

Шлосс и Страсберг непосредственно измеряли колебательное

ускорение х с помощью градуированного акселерометра. В ка­ либраторе Симса измеряется ток через электродинамический преобразователь, для которого силовой фактор BL и механиче­ ский импеданс Z известны. Тогда давление в режиме торможе-

Рис. 2.25. Эквивалентные схемы инерционной градуировки в калибраторе Симса, а —-для любой длины L; б — для L «>,, на частотах выше резонанса электродинамического возбудителя.

ния диафрагмы, которая является дном трубы, дается выраже­ нием

описать эквивалентной схемой, приведенной на рис. 2.25, а. На частотах, лежащих выше резонанса преобразователя и ниже резонанса трубы, можно пользоваться приближением, показан­ ным на рис. 2.25, б. Здесь р&— давление, измеренное только на части нагрузочной массы воды, заключенной между глубиной d и свободной поверхностью (ef=0). Все параметры на рис. 2.25,

где mw и ms—-массы столба воды и диафрагмы электродинами­ ческого излучателя соответственно.

Если площадь диафрагмы A s и поперечное сечение трубы А неодинаковы, то вблизи диафрагмы будет иметься короткая об­

ласть, где волны сильно расходятся. Гидрофон не следует по­ мещать в эту область.

Два варианта инерционного метода отличаются только прак­ тическим исполнением, и выбор того или другого зависит от их стоимости и удобства применения. Поскольку в продаже име­ ются вибростенды и градуированные акселерометры, то легко собрать установку^ Шлосса и Страсберга. Калибратор Симса представляет собой специально сконструированную установку, и его градуировка требует определенных знаний о конструкции преобразователя; но изготовленный калибратор Симса компак­ тен, портативен и прост в обращении. Калибратор Симса легко отградуировать, если имеется образцовый гидрофон. Любую из установок можно использовать для калибровки сравнением; в этом случае эти два метода становятся почти идентичными. Калибратор Симса широко использовался как простое и быст­ рое средство для массовой градуировки малых гидрофонов ме­ тодом сравнения. Шлосс и Страсберг сообщили о результатах

градуировки в диапазоне частот 10—700 Гц, а Симс — в диапа­ зоне 100—3000 Гц.

2.6. СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Статическими называются методы, в которых динамические градуировки основаны на измерениях в статическом режиме и при статических импедансах. Методы ограничены диапазоном очень низких звуковых и инфразвуковых частот, на которых

звуковое давление можно рассматривать как переменное гидро­ статическое давление.

2.6.1. Конденсаторный гидрофон

Система для градуировки конденсаторного гидрофона пока­ зана на рис. 2.26. Гидрофон состоит из конденсатора, у которого одна пластина имеет упругую подвеску, а другая неподвижна. На подвешенную в воде пластину или диафрагму воздействуют как гидростатическое давление, так и звуковое. В результате этого изменяется расстояние между пластинами, а значит, и емкость. Конденсатор включен в одно из плеч импедансного моста. Мост питается напряжением несущей частоты с постоян­ ной амплитудой. Выходное напряжение е0 зависит от емкости гидрофона Сд, что видно из рис. 2.27. Если Сн изменяется под влиянием звукового давления, а мост был слегка разбалансиро­ ван при отсутствии звукового давления, то е$ будет модулиро­ ваться с частотой звукового давления и напряжение е00 после

гектирования будет приблизительно пропорционально звуко­ вому давлению.