ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 164
Скачиваний: 0
3.15. Обработка результатов и их анализ |
211 |
случайной ошибки проводятся повторные измерения. Нужно проверять согласие с теорией, изложенной в разд. 5.2 и пред ставленной на графиках рис. 5.2а, 5.26 и 5.3. Чувствительность резонансного преобразователя по напряжению в свободном поле возрастает быстрее, чем чувствительность по току в режиме из лучения. Это видно из соотношения 201gM — 201gS = 2 0 lg / и из того, что 1 уменьшается на 6 дБ/октава. Эта разность частот обычно мала и поэтому не показана на рис. 5.2, но в некоторых случаях она может быть заметной.
В. Связь между чувствительностью и диаграммами направленности
Если чувствительность измерена в двух или более направ лениях и если диаграммы направленности измерены в плоско стях, содержащих два или более из этих направлений, то раз ности уровней на диаграммах должны согласоваться с раз ностью чувствительностей. Например, если чувствительность гидрофона измерена на данной частоте в направлении акустиче ской оси (направление оси X) и в направлении 90° (направление оси Y) и вторая чувствительность на 6 дБ меньше первой, то эта разность 6 дБ должна сохраняться и между уровнями на диаграмме направленности на той же частоте.
Г. Связь чувствительности с импедансом
Чувствительности по току S и по напряжению S' в режиме излучения связаны, в согласии с законом Ома, зависимостью
20 lg 5 — 20 lg 5 '= 2 0 lg Z, |
(3.45) |
где Z — импеданс преобразователя.
Уравнение (3.45) может служить для проверки совместимости результатов, если измерены ток, напряжение и импеданс. Иногда
уравнение |
(3.45) используют для |
нахождения одного из трех |
параметров |
по данным измерений |
двух других. Очевидно, что |
у резонансного преобразователя 5 |
и S' не обязательно возра |
|
стают на одной и той же частоте, поскольку, как показано на рис. 2.52, максимум Z находится не на резонансной частоте.
Д. Диаграммы направленности
Можно проверять соответствие диаграмм направленности теории, изложенной в разд. 2.11, и графикам на рис. 2.41— 2.43. Обычно проверяют два параметра — ширину основного ле пестка и разность уровней между основным лепестком и пер вым боковым лепестком. Для этого нужно иметь какие-либо
14*
212 |
Гл. III. Основы измерений в свободном поле |
сведения или хотя бы разумные предположения об истинных размерах и форме преобразователя. Лепестки диаграммы ста новятся острее с повышением частоты. Любое нарушение этогоправила обычно указывает на то, что диаграмма измерена на гармонике. Когда диаграммы измеряются в нескольких пло скостях, должна наблюдаться совместимость между определен ными уровнями. Разности фронт—тыл у диаграммы в плоскостях XY и XZ должны быть одинаковы. Разности уровней в направ лениях осей Y и Z должны быть совместимы на всех диаграммах.
Если диаграммы сняты в трех основных плоскостях, то про верка уровней в направлении осей Y и Z должна показать, что
X Z (ср==90°) — X V (0= 9 0 °)= KZ (<р=0°) — YZ (0=90°). (3.46}
Е. Импеданс
Если импеданс преобразователя измерен разными методами,, то результаты, естественно, должны совпадать. Имеются три метода. Данные по измерению е и i при градуировке дают только общее представление об импедансе. Самописцы годо графа импеданса (VILP) автоматически записывают импеданс в виде, показанном на рис. 2.52,6, 2.53 и 2.54. Такие графики удобны и полезны, но не очень точны. Для получения высокой точности применяют импедансные мосты, а данные представ ляют графически, как показано на рис. 2.52, а. Графические дан ные нужно исследовать, чтобы убедиться, что максимумы, ми нимумы и наклоны кривых соответствуют теории, изложенной в разд. 2.13.
Ж- Потери при передаче
Потери напряжения гидрофона при передаче не зависят от нагрузки преобразователя, за исключением частот вблизи ре зонанса у сильно резонансных преобразователей. Следова тельно, измерения в воздухе с широкополосными гидрофонами должны давать те же результаты, что и измерения в воде. По скольку условия электрического заземления часто влияют на ре зультаты измерения потерь напряжения, сравнение результатов, полученных в воздухе и в воде, помогает обнаружить ошибку в этих измерениях. Если результаты не согласуются, то это обычно означает, что в одном из измерений калибровочное со противление зашунтировано сопротивлением утечки на землю. Потери напряжения при передаче обычно примерно постоянны до нижней частоты спада, которую не нужно путать с нижней
частотой завала чувствительности, о |
которой будет идти речь |
в разд. 5.2 и на рис. 5.3. На рис. 3.72 |
приведен упрощенный ва |
3.15. Обработка результатов и их анализ |
213 |
риант схемы рис. 3.25, на котором показаны пьезоэлектрический генератор и параллельные сопротивления и емкости, нагру жающие его. За исключением очень низких частот, сопротивле ния Rg и Ra намного больше, чем реактивные сопротивления 1 /соCg и 1 /соСа; поэтому калибровочное напряжение связи ei па дает на двух реактивных сопротивлениях. Коэффициент деле ния не зависит от частоты. На некоторой низкой частоте, в диа пазоне от 1 до 100 Гц, 1/соСа становится равным Ra. Это и есть
/
Рис. 3.72. Упрощенная схема измерения потерь напряжения при передаче. Паразитные емкости и сопротивления утечки включены в сосредоточенные по стоянные Cg и Rg или Са и Ra в зависимости от того, где они находятся отно сительно калибровочного напряжения: на стороне кристалла или на стороне усилителя. 1 — пьезоэлектрический элемент, 2 — вход усилителя, 3 — калибро
вочное напряжение, связи.
частота спада. На частотах ниже частоты спада вг делится между Ra и 1/соCg, и отношение e je a увеличивается с уменьше нием частоты со скоростью 6 дБ/октава. На еще более низкой частоте е, будет делиться между Rg и Ra, и отношение e je a опять станет постоянным, но это произойдет на слишком низ кой частоте, чтобы это можно было наблюдать. Сравнительно высокая частота спада указывает на то, что Ra меньше обычного значения и наблюдается, например, в том случае, когда в гид рофон проникает влага.
3. К. п. д. и другие параметры
Многие электроакустические параметры, такие, как к. п. д„ зависят от измеренных параметров: чувствительности, направ
ленности и |
импеданса — и |
определяются |
вычислением. |
Из |
||
этого следует, что пик, провал или аномалия на |
частотных ха |
|||||
рактеристиках |
измеренных параметров |
должны |
проявиться и |
|||
в вычисляемых параметрах |
(конечно, |
за |
исключением |
тех |
||
214 |
Гл. III. Основы измерений в свободном поле |
случаев, когда они случайно компенсируются). Вычисленные па раметры нужно исследовать на совместимость по характеру ча стотных характеристик.
3.15.4. Оценка точности
Градуировка подводного электроакустического преобразова теля представляет собой измерение в динамической системе и в нестабильной среде. Сам преобразователь колеблется сложным образом. В идеальном случае предполагается, что сам электро акустический чувствительный элемент, связующая жидкость и акустические окна колеблются свободно, а другие части преоб разователя не колеблются вовсе. Ожидается, что преобразова тель может быть чувствителен к динамическим давлениям по рядка 0,1 Па и нечувствителен к статическим давлениям по рядка 70-105 Па или более. Водная среда не может быть безграничной, однородной и стабильной, как предполагается. Поэтому ясно, что результаты градуировки преобразователей и подводные электроакустические измерения не так точны и вос производимы, как некоторые другие виды измерений.
Большинство исследователей объявляют точность ± 1 дБ для однократных градуировок даже без тщательных исследова ний и анализа данных. В тех случаях, когда можно сравнить результаты независимых, полунезависимых измерительных уста новок и провести избыточные измерения, можно ожидать по вышения точности до ±0,5 дБ, а в некоторых исключительных случаях до 0,2 дБ.
Точность в применяемом здесь смысле не имеет строгого математического выражения, которое она приобретает, когда делаются многократные измерения и можно определить средние отклонения от среднего значения. Она является разновидностью критерия, который можно включать в спецификации и который характеризует разброс данных при разных условиях измерений, после того как результаты в каждом случае изучены, проана лизированы и, возможно, скорректированы замеченные ошибки.
В международных круговых сличениях гидрофонов [24] стра ны-участницы объявили точность от ±0,5 до ±1,5 дБ. После анализа этих данных было найдено, что среднее отклонение лежит в пределах от 0,3 до 0,6 дБ.
Литература
1.lones J. L., Leslie С. В., Barton L. Е., Acoustic Characteristics of a Lake Bottom, J. Acoust. Soc. Am., 30, 142 (1958).
2. Bobber R. J., Acoustic Characteristics of a Florida Lake Bottom, J. Aco ust. Soc. Am., 31, 250 (1959).
