ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 157
Скачиваний: 0
4.5. Конструкция решетки Тротта |
241 |
Рис. 4.20. Диаграммы направленности одного и того же преобразователя, по лученные на частоте 6 кГц по измерениям в ближнем и дальнем полях.
Таблица 4.1
Чувствительность по напряжению в свободном поле [—дБ относительно 1 В/(дин/см2)] цилиндрического преобразователя
Частота, |
Дальнее |
поле |
Ближнее |
поле |
|
первое |
второе |
первое |
второе |
||
кГц |
|||||
|
измерение |
измерение |
измерение |
измерение |
|
6 |
120,5 |
119,7 |
121,1 |
121,0 |
|
7 |
117,1 |
115,8 |
116,9 |
116,9 |
|
8 |
112,0 |
110,8 |
111,8 |
112,0 |
|
9 |
106,9 |
105,3 |
106,3 |
106,5 |
|
10 |
101,1 |
99,6 |
100,6 |
101,1 |
|
11 |
95,0 |
93,2 |
94,4 |
95,3 |
|
12 |
89,1 |
87,6 |
88,9 |
89,7 |
|
13 |
95,7 |
94,7 |
97,0 |
97,2 |
16 Заказ № 730
4.5. Конструкция решетки Тротта |
243 |
телей. Конструктивное выполнение преобразователей и составлен ных из них линейных групп показано на рис. 4.22 и 4.23. В тех случаях, когда коэффициенты спадания были близки к 1,00 и
Тефлоновая
элемент
Тайгоновая |
Касторовое |
Вискозная кордная |
Рис. 4.22. Конструкция линейного преобразователя в решетке типа НЗЗ-Юдля создания однородного ближнего поля. Конденсатор обеспечивает спадание интенсивности.
возникала необходимость в очень больших, последовательно сое диненных конденсаторах, спадание обеспечивалось за счет сня тия некоторой части электродов с керамических элементов.
Провод диаметром О, U мм
Рис. 4.23. Конструкция элемента в решетке типа НЗЗ-10.
(Более подробные конструктивные характеристики приведены
в работе [17].)
На рис. 4.24 показана очень большая решетка для создания однородного ближнего поля. Она предназначена для градуи ровки крупногабаритных преобразователей гидроакустических
16*
4.6. Методика градуировки |
245 |
4.6. МЕТОДИКА ГРАДУИРОВКИ
Для непосредственного измерения амплитуды и фазы давле ния в методе DRL требуется использование гидрофона-зонда с известной чувствительностью. Измеренные значения подставля
ются в уравнение (4.4) |
вместо p(Q) в виде |р |е -/9,где 0 — фазо |
вый угол в радианах. |
Фазовый угол измеряется относительно |
произвольного опорного сигнала. Чтобы избежать ошибок, обус ловленных нестабильностью электронного генератора, возбуж дающего преобразователь, в качестве опорного фазового сигнала следует выбирать входной сигнал преобразователя. Кроме \р\е~^9 измеряются соответствующие углы и размеры, необходимые для определения |3 и г в уравнении (4.4). Величину г нельзя считать постоянной в фазовом множителе типа e~ihr. Для нахождения волнового числа k = w/c нужно знать скорость звука и частоту. Вычисления по (4.4) позволяют рассчитать в абсолютных едини цах создаваемое в дальнем поле звуковое давление и определить уровень излучателя или его чувствительность, а в относительных
единицах |
получить |
характеристику направленности. (Уро |
||
вень |
излучателя — это мера |
выходного давления излучателя |
||
гидроакустической станции |
на расстоянии 1 м безотноситель |
|||
но от |
его |
входного |
параметра — например, напряжения или |
|
тока.) |
|
|
|
|
Электроакустическая система, используемая в методе DRL, может быть линейной, пассивной и взаимной. Теоретически зон дом может служить градуированный излучатель, а градуируе мым преобразователем — гидрофон. Уравнение (4.4) можно при вести к виду, удобному для расчета чувствительности по напря жению в свободном поле. Такой метод не используется из-за практических трудностей, связанных с градуировкой и примене нием зондового излучателя. В любом случае легче было бы про верить с помощью независимого измерения, является ли градуи руемый преобразователь взаимным, а затем рассчитать его чувствительность по напряжению в свободном поле, зная чув ствительность по току в режиме излучения и параметр взаим ности для сферической волны.
Методика градуировки с использованием решетки Тротта. по существу не отличается от обычных измерений, рассмотрен ных в разд. 2.2.1 и 2.2.2. Чувствительность градуируемого пре образователя по напряжению в свободном поле Мх определяется с помощью простой градуировки методом сравнения. Решетка Тротта используется в качестве излучателя. Градуируемый и образцовый гидрофоны по очереди помещаются в однородную плоскую бегущую волну в ближнем поле решетки. Тогда
М х = ( - М н 1 еи ) ех> |
(4. 16) |
246 |
Гл. IV. Методы ближнего поля |
где Мн — чувствительность образцового гидрофона по напряже нию в свободном поле, ен и ех— напряжения холостого хода образцового и градуируемого гидрофонов соответственно. Если размеры градуируемого преобразователя велики, а образцового гидрофона малы, то ен необходимо измерить в нескольких точ ках ближнего поля решетки и взять усредненное значение. По вторных усреднений можно избежать, если чувствительность S A решетки Тротта по току в режиме излучения для плоской волны в ближнем поле определить путем зондирования ближнего поля образцовым гидрофоном с чувствительностью Мн . Тогда
£ __ ен\м-и
(4.17)
где iA— входной ток решетки. При использовании решетки в ка честве образцового излучателя имеем
№х= £ х\1а$а - |
(4.18) |
Если градуируемый преобразователь является взаимным,™ |
|
его чувствительность Sx по току в режиме излучения |
можно |
найти измерением Мх и последующим расчетом Sx из стандарт
ного соотношения взаимности |
для |
сферической |
волны: |
M J S x= Js= 2dklpc (см. рис. 3.70). |
Для |
определения взаимности |
|
градуируемого преобразователя, как и при измерениях |
стандарт |
||
ным методом взаимности, можно воспользоваться проверкой, рассмотренной в разд. 2.3. Это значит, что градуируемый пре образователь можно возбуждать током ix и измерять выходное напряжение решетки еА. Если при этом eA/ix= ex/iAj то оба пре образователя взаимны.
Если градуируется невзаимный излучатель, то его чувстви
тельность по |
току |
в |
режиме |
излучения Sx определяется |
|
из формулы Тротта [17] |
Sx= e A\ixSAJs . |
(4.19) |
|||
|
|
|
|||
Произведение |
SAJs |
эквивалентно |
чувствительности |
решетки |
|
в режиме приема, которую математически можно определить
как MA = SAJs. Тогда уравнение (4.19) |
примет вид |
5 , |
(4.20) |
аналогичный виду уравнения (4.17). Следовательно, решетку можно использовать как образцовый гидрофон с чувствительно стью МА. Тротту не удалось достичь этой стадии, поскольку словесное определение МА неудобно и может привести скорее к путанице, нежели к разъяснению. Это словесное определение величины МА звучит так: отношение выходного напряжения холо стого хода решетки к звуковому давлению в дальнем поле, при
4.7. Применения и ограничения |
247 |
веденному к расстоянию 1 м и создаваемому излучателем, |
поме |
щенным в область плоской волны в ближнем поле решетки. |
|
Из вышесказанного очевидно, что после того, как создана решетка Тротта, измерено S A и рассчитано SAJs или МА, ме тодика градуировки остается такой, как при обычных измере ниях в дальнем поле. Это является одним из важных достоинств метода решетки Тротта.
Для градуировки преобразователей, имеющих пренебрежимо малую ширину, т. е. точечных или линейных, можно воспользо ваться разновидностью метода решетки Тротта. Если решетка представлена одной линейной группой излучателей со спадаю щей интенсивностью, то она излучает в ближнее поле однород ные цилиндрические волны. Давление в ближнем поле будет постоянным вдоль линии, параллельной линейной группе излуча телей, и будет уменьшаться на 3 дБ с удвоением расстояния в направлении ее оси. «Точечный» или линейный гидрофон, ориентированный параллельно линейной группе излучателей со спадающей интенсивностью, будет подвергаться воздействию однородного звукового давления. Если линейная группа излуча телей расположена вертикально, то она будет в меньшей степени подвержена влиянию отражений от дна и поверхности, чем от боковых границ.
При использовании одиночной линейной группы излучателей нельзя измерить диаграмму направленности, поскольку этот метод ограничен измерением чувствительности точечных и линей ных гидрофонов. Чувствительность S L по току в режиме излуче ния в ближнем поле линейной группы излучателей со спадаю щей интенсивностью измеряется путем зондирования ближнего поля градуированным гидрофоном. В отличие от SA, S L зависит от расстояния до излучателя, поэтому необходимо указывать опорное расстояние. Если расстояние отличается от опорного, то нужно вводить поправку, учитывающую спад на 3 дБ при удвоении расстояния. Не занимаясь уточнением расстояния, можно воспользоваться формулами (4.16) ■— (4.18), подставляя S L и iL вместо SA и iA. Точечные и линейные преобразователи обычно взаимны, и их чувствительность в режиме излучения можно рассчитать по формуле Sx=Mx[Js.
4.7. ПРИМЕНЕНИЯ И ОЕРАНИЧЕНИЯ
Применение метода градуировки, испытаний и оценки преоб разователей в ближнем поле связано с различными ограниче ниями. Пригодность метода вообще и предпочтение метода DRL или решетки Тротта в частности в большой степени зависят от характера использования измерений и от того, какое относитель ное значение имеют данные ограничения. К измерениям,
