Файл: Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения.pdf

сброса избыточной жидкости. Если сосуд мал, преобразователи, помещаемые внутрь сосуда, обычно жестко крепятся к сталь­ ной крышке, и преобразователь поворачивается вместе с со­ судом.

Поскольку используемый материал гетерогенен и анизотро­ пен, его акустические характеристики трудно определить теоре­ тически. Вся имеющаяся информация получена эмпирически.

Рис. 3.61. Устройство с акустически прозрачным сосудом высокого давления для испытаний и оценки преобразователей. 1 — контроль температуры и дав­ ления; 2 — стальная крышка; 3 — намотка из стекловолокна с резиновым покрытием (акустически прозрачные); 4 — спускное отверстие.

Стеклянные сосуды полностью прозрачны только на низких звуковых частотах. Звукоизоляция стенок сосуда монотонно увеличивается с повышением частоты до величины 8 дБ в уль­ тразвуковом диапазоне. Могут проявиться резонансы сосуда с водой на звуковых частотах. Когда стенки имеют значитель­ ную звукоизоляцию, они начинают отражать звук. Внутри со­ суда также имеются внутренние отражения, и для устранения помех необходимо использовать импульсный режим.

Основное образование отражений происходит от стенки со­ суда за преобразователем. Низкочастотный предел импуль­ сного режима работы определяется путем, проходимым таким отраженным сигналом, или радиусом сосуда. Увеличение ра­ диуса не обязательно улучшит дело, поскольку при заданной

198 Гл. III. Основы измерений в свободном поле

прочности сосуда толщина стенки увеличивается с его радиу­ сом. Между давлением и размером сосуда имеется соотношение, оптимизирующее область перекрытия частотного диапазона, в ко­ тором сосуд совершенно прозрачен и можно работать в непре­ рывном режиме, и диапазона, где необходимо использовать им­

пульсный режим.

Чтобы определить звукоизоляцию стенок в зависимости от частоты и давления, применяется образцовый гидрофон. Этот гидрофон можно использовать в качестве образцового и при градуировках методом сравнения, описанным в разд. 2.2.1. Если нет заметного изменения звукоизоляции в зависимости от дав­ ления, то разумно предположить, что и звукоизоляция стенок сосуда, и чувствительность преобразователя не меняются. Ве­ роятность одинаковых, но противоположных изменений этих характеристик в широком диапазоне частот пренебрежимо мала. Такие измерения «без изменений» наблюдались [19, 20] при ис­ пользовании преобразователей F27 и F30, описанных в разд. 5.9.1 и 5.9.2. Если изменения наблюдаются и нет образцового преоб­ разователя с известной чувствительностью во всем диапазоне частот, то внутренний преобразователь и сосуд оцениваются как единое целое.

гак чтобы расстояние между ними удовлетворяло критерию ми­ нимального расстояния, рассмотренному в разд. 3.4, то этот со­ суд можно использовать как бассейн, описанный в разд. 3.12.

3.14. СИСТЕМА КООРДИНАТ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Для связи данных градуировки с преобразователем исполь­ зуется стандартная левая система полярных координат [6] (рис. 3.62). Эта система фиксирована относительно преобразова­ теля. Начало координат всегда располагается в акустическом центре преобразователя. Другие параметры системы коорди-

2нат подчиняются изложенным ни­ же условиям, если не вводится другого определения. Предпола­ гается, что в нормальном поло­ жении преобразователь излучает или принимает звук в горизон­ тальном направлении.

а) Положительная ось Z (0 =

= 0°) направлена вертикально, когда преобразователь находится в нормальном положении.

в плоскостях XY, XZ и YZ показаны на рис. 3.66—3.68 соответ­ ственно. Если векторы 0 и 90° не совпадают с осями, то направле­ ния характеризуются углами 0 и <р. Например, диаграмма на рис. 3.69 соответствует (ф= 45°, 0= 0), или (ф = 45°, Z).

Направления вращения легко перепутать, поэтому оси вра­ щения не используются как опорные. Если бы диаграммы изме-

Z

Рис. 3.69. Ориентация полярной диаграммы в плоскости, определяемой сле­ дующим образом: 1) радиус-вектор 0° имеет координаты ф=45°, 0= 0° и 2) радиус-вектор 90° имеет 0=0°.

рялись путем вращения образцового преобразователя по боль­ шой дуге вокруг градуируемого, то движение образцового пре­ образователя и запись диаграммы происходили бы в одном и том же направлении, обычно по часовой стрелке. Но в дей­ ствительности диаграммы измеряются при вращении градуиру­ емого преобразователя в направлении, противоположном записи диаграммы. Это означает, что для записи диаграммы от 0 до 90° в направлении по часовой стрелке нужно повернуть преобразо­ ватель от 0 до —90° в направлении против часовой стрелки.

В некоторых специальных случаях диаграммы записываются по неплоским конфигурациям. Если, например, два преобразо­

вателя находятся на разных глубинах и один из них враща­ ется вокруг вертикальной оси, то линия, соединяющая эти два преобразователя, описывает коническую поверхность. При за­ писи таких необычных диаграмм схема измерения должна быть подробно описана, желательно с приложением чертежа.

3.15. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ИХ АНАЛИЗ

Когда гидрофоны градуируются в свободном поле с помо­

которые учитывали бы единицы измерений, постоянные, коэф­ фициенты передачи усилителей, аттенюаторов, перевод в си­ стему децибел, коэффициенты передачи цепей измерения тока и напряжения, потери напряжения при передаче и т. д. Далее формулы видоизменяются так, чтобы уменьшить трудоемкость вычисления многих экспериментальных точек.

До, во время и после обработки данных можно производить контрольные оценки и анализ данных на согласуемость изме­

ются в децибелах, и правильнее было бы называть их уровнями чувствительности. Диаграммы направленности почти всегда за­ писываются в шкале децибел, и другие параметры, такие, как индекс направленности и к. и. д., обычно приводятся в децибе­ лах. Следовательно, когда говорят, например, о чувствитель­

При измерении напряжения е с помощью системы, показан­ ной на рис. 3.26, всегда приходится учитывать коэффициент усиления. Обычно применяют калиброванный усилитель, когда его коэффициент усиления можно определить по положению ру­ чек регулировки. Коэффициент усиления G равен отношению выходного напряжения к входному, или

Ослабление считается отрицательным усилением.

Когда потери напряжения при передаче для гидрофона из­ мерены в децибелах, они будут обозначаться символом CL:

CZ. = 20 lg = 2 0 lg et —20 lg e0, (3.33)

жение на нем, эти величины должны быть связаны с выходным напряжением «цепи измерения е и t» (рис. 3.26). Это то же са­ мое, что выходное напряжение ее или е* на рис. 3.27. Соотноше­ ния находятся путем действительного измерения ее или е, в за­ висимости от е и i соответственно и определения величин

Можно ожидать, что величина Ке будет равна 20-кратному ло­

рис. 3.27, б и будет зависеть от отношения числа витков торои­ дального трансформатора на рис. 3.27, в.

Уравнения (3.33) и (3.34) представляют собой безразмерные отношения, и, следовательно, единицы измерения напряжения не имеют значения. Необходимо только, чтобы в одном уравне­

все измеренные напряжения подверглись конечному усилению, а все напряжения на гидрофонах претерпели потери при пере­ даче. Это делается для общности, поскольку такие усиление и потери существуют не всегда.

Уровень чувствительности по напряжению в свободном поле, измеренный методом сравнения с образцовым гидрофоном, оп­ ределяется по уравнению (2.1), которое в видоизмененной раз­ вернутой форме имеет вид

где индекс x относится к величинам, связанным с градуируемым гидрофоном, а индекс s — с образцовым. Искомая чувствитель­ ность Мх выражается в тех же единицах, что и чувствитель­ ность образцового гидрофона Ms, т. е. в вольтах на единицу давления (одну из приведенных на рис. 1.1). Опорная величина для напряжения равна 1 В.

Чувствительность по току в режиме излучения Sx, получен­ ная путем измерения создаваемого давления с помощью образ-