Файл: Абрамов Г.В. Акустические прожекторные системы.pdf

Строя график зависимости амплитуды

от

размера эталонных

тел и сравнивая его с теоретическим для

тех

ж е тел в плоском по­

блпженным, так как сказываются кроме

фазовых т а к ж е амплитуд-.,

кые неоднородности, точность установки

тел, диаграммы направ-.,

ленности и т. д. М е ж д у тем он широко

применялся до последнего

Особенности реализации метода. Этот метод определения

ф а з ц

является

классическим в области

антенной техники [17, 18]. Опре­

делить

фронт волны — это значит

измерить распределение фаз по-,

ля в некоторой плоскости. Обычно этой плоскостью является

плос­

кость,

параллельная плоскости раскрыва А П С . Под точечным при-,

емником,

подразумевается такой

приемник ультразвука, р а з м е р ы

рывно

производит

сравнение

мгновенных

значений

ф а з

сигналов^

неподвижного и подвижного приемников.

Пусть

бегущая

ультразвуковая

волна

распространяется вдоль,

осп (рис. 6.4,6), совпадающей

с оптической

осью

прожекторной

си­

стемы,

а

точечные

приемники

располагаются на

координатной

те-,

лежке,

схематически изображенной

в виде прямой аа,

направление,

ьоторой

составляет

с фазовым фронтом

00

идеально

плоской-

тельных элементов по осп

г (погрешности

установки

приемников,

звука по другим осям в идеальном плоском поле

не

приводят к

дополнительным погрешностям

измерения

фазы)

приведет- к раз-,

нице в ф а з а х принимаемых

сигналов

До,

= - ^ Д г .

(6.4)к

А? = ± ( А ? , +

Д?2 ).

(6.5)

Если а а — прямая, то дл я любой точки волнового

фронта в ы р а ж е ­

ние (6.4 ) может быть записано

в виде

A=?i =

х - K t g a ,

( 6 - 6 >

где х—разность

абсцисс подвижного

и неподвижного приемников.

При этом (6.5) соответственно

примет вид

А<? = ± ( - y - ^tga

+ А ? 2 ) . .

(6.7)

Из выражения

(6.7 ) следует, что чем дальше

расположен под­

ка прожекторной

системы и'чем короче длина волны, тем с большей

погрешностью будут произведены измерения.

Оценим величину этой погрешности, полагая Х=1

мм,

а=\2°,

Acf2 = ± 3 ° ( / . = 1 мм — соответствует частоте

звука 1,5 мгц

в воде,

горизонтальные

линейки координатного

устройства

позволяют

фазы фазометром Ф2—7 на частоте

1,5 мгц

составляет

± 3 ° ) . Ре ­

зультаты расчета следующие: л-(мм)

— 0 ,

50, 100, 150,

200,

250,.

Дер

(град.) —3,57, 111, 165, 219, 273.

Точность измерения фазы К У П большого

размера данным

мето­

дом

на частотах

свыше 1 мггц весьма

низка. Следует отметить так ­

же, что на более

высоких частотах не выполняется условие «точеч-

ж е

время, например, частоте

1 мггц в воде соответствует длина

вол­

ны

1,5 мм, что лишь в 4—5

раз больше размеров приемника.

Кро ­

серийных фазометров

( ± п ) . Все это не может

не сказаться

на точ­

ности

измерения.

Повышение точности измерения фаз методом двух точечных при­

емников. Без принятия специальных мер точность метода в

д и а п а ­

зоне единиц мегагерц

не высока. Рассмотрим эти меры.

Анализ выражения

(6.7) показывает,

что погрешность Дфі явля ­

ется систематической

и имеет вполне

определенную

зависимость о т

-V при данном угле а. Та к как в общем

случае

величина

а нам неиз­

вестна, то дл я

уменьшения систематической

погрешности

м о ж е т

быть

применен

прием

компенсации

погрешности

по знаку [42] _

Этот

прием сводится

к тому, что путем

специальных

изменений

условий эксперимента

получают 2 отсчета, в которые

систематиче­

ская погрешность

пли измеряемая величина

входят с разными

зна­

ками. Полусумма

(или полуразность) этих

отсчетов свободна

о т

•влияния погрешности. Методика

проведения

измерения заключает­

с я в следующем .

от — л'Макс до

Весь интервал

+ л'маис разбивается на несколько

экспериментально

определяемых

меньших

интервалов — х \ , а к с ~

восходила 180" при помещении неподвижного

приемника в

середи­

не выбранного интервала,

а подвижного — в

крайние

точки

интер­

вала . И з м е н я я абсциссу х подвижного приемника от

0 до -т-я'макс,

•фиксируем измеренные значения

ср. Д л я

любой пары

сопряженных

точек частного интервала

ординат

(то есть

для — .v'i и -\-х\; —х2

и +Л"2 и т. д.) можно

записать:

?'

=

<?; +

д ? ;

+

д ? ; ;

о» =

Ф"0

+

Ас?; +

дс?;\

( b - s )

.откуда

о' + о"

ч'о +

A t ? i

+

A t ?2

+

То +

+ Л ? 2

2

~

2

П о л а г ая на основе изложенного

A'fJ

= — А»;;

Ас?2 =

Дс?^' = Дс?2,

; ПОЛуЧИМ

?'

+ о"

<?о +

То +

А<?:.

(6.9)

2

П о д ы т о ж и в а я сказанное,

следует

отметить, что эффективное

ис­

пользование метода

двух точечных приемников для измерения

фа-

;зы

ультразвукового

поля ограничено

сверху частотами 1-т-1,5

мгц.

На

более

низких частотах погрешность измерения при

применении

.описанных

мер может иметь

порядок

инструментальной

погрешно­

с т и ,

т. е. 5°-=-20°.

Интегральный

метод

определения формы

фазового фронта

плоской пьезопластинки

с узкой диаграммой направленности. Сущ­

ность его заключается в

следующем .

К а к указывалось, квазиплоское

ультразвуковое поле, формируе­

мое с помощью А П С , имеет малую

кривизну фронта и относительно

равномерное по амплитуде. Фронт

волны (рис. 6.5)

представляет

•собой функцию г(х),

непрерывную

на промежутке

[O-i-х]. Если

известна

производная

г'(х),

то интегрируя ее по

промежутку

[0-f-.v],

можно найти

функцию

г (х),

т. е. определить

фронт волны

своем перемещении на малое по

сравнению

с радиусом кривизны

расстояние

не изменяет

формы,

и

производная

r'(x) mtga(x)

»

«

а(х).

Следовательно, д л я измерения

формы фронта (фазы) достаточ­

но измерить угол а в точках оси х и проинтегрировать

его на интер­

вале [0-4-х].

Тогда

г(х)=\

а (х) dx

и

о (х) =

I* а (х)

dx,

(6.10)

где

с р ( х ) — ф у н к ц и я распределения

ф а з ы по

фронту

ультразвуко ­

вой волны;

К — длина волны.

Угол а можно с достаточной точностью измерить

различными ме­

ленгации

метод сравнения

[25, 26] . Он

обладает

высокой точностью

измерения

(доли градуса)

и—-что т а

к ж е очень

в а ж н о — позволя­

ществить

последовательное

сравнение, при наличии

двух пьезо-

пластинок

—

одновременное

сравнение,

а т а к ж е

механическое

отслеживание

угла а с помощью следящей

системы.