Файл: Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения.pdf

44 Гл. II. Методы и теория

Множитель 10~7 возникает в результате использования смешан­ ной системы единиц, так как размерность J есть В • А/(дин/см2)2. Напряжение и ток измеряются в вольтах и амперах системы МКС. Расстояние, плотность и давление измеряются в системе СГС. Отношение d j d 0 в (2.16) обычно отсутствует, так как про­ водится корректировка напряжения и оно приводится к значению

2d0/pf. Когда проводится корректировка напряжения, необхо­ димо помнить, что напряжение пропорционально звуковому дав­ лению, а не интенсивности. Следовательно, в сферически расхо­ дящейся волне напряжение пропорционально расстоянию, а не

дуировать Р и Т вторичными методами градуировки. Если излу­ чатель Р также является взаимным преобразователем и прове­

Добавление четвертого измерения к необходимым трем обес­ печивает и проверку взаимности и некоторую избыточность ин­ формации, которая увеличивает надежность измерений. Все из­ мерения в методе взаимности подвержены тем же ошибкам, ко­ торые описаны в разд. 2.2.1 и 2.2.2 при измерении в свободном поле. Однако квадратный корень в (2.18) немного снижает величину некоторых ошибок.

Из (2.17) можно видеть, что основой градуировки методом взаимности является отношение e/f, или электрический импе­ данс. Силу тока iT можно измерить по падению напряжения ет на известном импедансе — обычно на активном сопротивлении R. Тогда (2.17) дает

(2.19)

Поскольку четыре напряжения входят в формулу в виде без­ размерных отношений, их можно измерять некалиброванным вольтметром. Напряжения могут сильно отличаться по ампли­

туде, и поэтому вольтметр должен быть линейным, или для их сравнения нужно использовать калиброванный аттенюатор.

2.3.2. Метод взаимности с двумя преобразователями

Если два преобразователя имеют одинаковую чувствитель­ ность и используются в качестве гидрофона и взаимного пре­ образователя при градуировке стандартным методом взаим­ ности, то еРт и ерн на рис. 2.5 становятся одинаковыми и фор­ мула (2.17) упрощается:

(2.20)

Тогда оказывается, что для проведения градуировки нужно всего два преобразователя и одно измерение (рис. 2.5, в). В действительности это не совсем верно, так как для того, чтобы установить, имеют ли два преобразователя равные чувствитель­ ности, необходимо иметь третий преобразователь и провести еще два измерения. Например, два преобразователя можно срав­ нить, помещая их в одно и то же звуковое поле, создаваемое третьим, что эквивалентно измерениям (а) и (б) на рис. 2.5. Таким образом, метод двух преобразователей является частным случаем стандартного метода взаимности, в котором два из трех измерений, возможно, были сделаны ранее и в другом месте. Метод двух преобразователей обычно применяется для быстрой проверки или контроля прежних градуировок. Он не является истинно первичным методом градуировки.

2.3.3. Самовзаимность

Метод двух преобразователей становится истинно первич­ ным методом, если один и тот же преобразователь используется как гидрофон и как взаимный преобразователь. Это можно сделать, заставляя сигнал, излучаемый градуируемым преобра­ зователем, отражаться обратно к преобразователю, который пе­ реключается на прием собственного сигнала. Установка для самовзаимности схематически представлена на рис. 2.6. Мнимое изображение преобразователя можно считать вторым преобра­ зователем. Теоретически отражение должно быть идеальным, чтобы чувствительность в режиме излучения мнимого излучателя была идентична чувствительности реального преобразователя. В первоначальном методе самовзаимности Карстенсена [12] ис­ пользовалась связанная электронная система для возбуждения преобразователя током силой 7г в режиме излучения и измере­ ния напряжения холостого хода етн в режиме приема. Исполь­ зовались импульсные сигналы, етн и iT измерялись отдельно.

Для осуществления таких измерений необходимо возбуждать преобразователь, включая его в «неизвестное» плечо импедансного моста, и использовать импульсные звуковые сигналы. Со­ отношение между ZT, Zf и AZ показано на рис. 2.8. Фаза AZ, или еТнНт, переменна и произвольна, ибо она зависит от рас­ стояния, проходимого звуковым импульсом, а последнее равно двойному расстоянию от излучателя до отражателя, которое входит в J. Поэтому можно сделать так, чтобы AZ представляло

В импедансной разновидности этого метода отражателем должна служить гладкая плоская поверхность и расстояние от­ ражатель—преобразователь должно быть строго постоянным, так как фаза импеданса чувствительна к малым изменениям геометрии. В импульсной разновидности фаза не участвует и геометрия не играет такой важной роли. Кроме того, при исполь­ зовании импульсов можно произвести несколько измерений и осуществить усреднение. Паттерсон [14] в качестве отражателя в методе самовзаимности использовал поверхность океана, а преобразователь был подвешен на глубине 360 м. Волны на поверхности океана имели высоту 30 см. Длина волны , сигнала была 10 м (1,78 кГц). Было сделано 68 отдельных измерений. Хотя не проводилось'сравнения с другим независимым методом, оценки показывают, что для натурных условий измерений в океане методом самовзаимности можно получить точность градуировки ± 2 дБ.