Способ калибровки гидрофонов

65150 О П И С А"Н"-И-"Й Союз Советских Социалистинеских Республик9/00 исоединением заявки-оударотввииый комитет СССР оо делам изооретвний и открытий) УДК 534.6.08088.8) Дата опубликования описания 06,03.79(54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ГИДРОФОН 2 зобрет и,вч ескогоавления ом,идр о вес овки,н возв которь действую ваемым ст апр ение относится к области акустности к измерению акустиления в калибровке датчиков,дИзвестны способы абсолютной калибровки, основанные на электрическом измерении звукового давления в трубе резонатора 11. При этом звуковое давление, действующее на калибруемый прибор, определяют путем измерения добротности трубы резонатора на реперных частотах с последующим подсчетом окончательного результата обычным методом,Недостатком этих способов является то, что для их реализации необходимо сложное специальное оборудование и низкая точность измерения. тны также способы калибр х на калибруемый гидрофо т акустическим давлением вспомогательным эталонны м звука, и при этою измер ние на выходе гидрофонаНедостатки указанных способов состоят в том, что для их реализации необходимо иметь вспомогательный, хорошо изученный калиброванный преобразователь с устойчивым режимом работы.Кроме того, указанными способами затруднительно производить экспресс- контроль гидрофонов в условиях, например, морскихлубоководных измерений, когда могут возникать сомнения в т что изменилась чувствительность г фона, например, в связи с затеканием его конструкции, или изменением рабочей глубины.Белью изобретения является упрощение процесса калибровки и повышение его точности.Данная цель достигается тем, что акустическое давление в жидкости создают нелинейно пульсирующим парогазовым пузырем, измеряют период его пуль сации и амплитуду напряжения на выходе гидрофона в максимуме фазы разре-. жения акустической волны, излучаемой20 75 ЗО 35 45 40 6 Пузырем, а чВствительность определяют по формуле83 107/1+0,07 Н 2где - чувствительность гидрофона в вольтах на паскаль (система СИ);/ - напряжение сигнала в вольтах на выходе гидрофона в максимуме сооч ветствующей измеряемому периоду пульсации пузыря фазы акустической волны;Р - расстояние в метрах между центром сферического пузыря и калибруемым гидрофоном.Т - период пульсации в секундах;Н - глубина в .метрах, на которой создают. пузырь.Нелинейно пульсирующие в жидкости пузыри могут быть созданы такими физическими процессами, как взрыв взрывчатых веществ, импульсный электрический разряд конденсатора на электродах в жидкости, пробой жидкости под действием сфокусированного лазерного излучения. На начальной активной стадии таких процессов в окружающую жидкость излучается головная акустическая волна сжатия, относительно большой амплитуды и малой деятельности, Затем образуется собственно пузырь, который расширяется, достигает максимального радиуса, начинает сжиматься и по достижении минимального радиуса также излучает короткую, большой амплитуды волну сжатия, называемую импульсом захлопывания. Между двумя волнами сжатия пузырь излучает длительную сравнительно малой амплитуды волну разрежения, амплитуда которой достигает максимума в момент наибольшего расширения пузыря. Подобный цикл нелинейных пульсаций, в процессе которых радиус пузыря изменяется во много раз, может повторяться неоднократно, При этом всякий раз при захлопываниях будут излучаться короткие волны сжатия и длительные волны разрежения между двумя последовательными захлопываниями.Давление паров и газов в пузыре, образованном в жидкости импульсным электрическим разрядом или вспышкой лазерного излучения, в момент максимального расширения пузыря составляет 0,03-0,04 окружающего гидростатичес"кого давления, В таком случае можно считать, что давление на стенки пузыря при" достижении им максимального радиуса, приблизительно равно гидростатическому давлению со знаком минус. Следовательно, максимальную амплитуду волны разрежения на расстоянии Р от сферического пузыоя можно найти по формулеРрсР мокс - Ро Рщ (23,если известны гидростатическое давлениеР и максимальный радиус пузыря ЯюЕго же величину находят по формуле,связывающей период пульсации пузыря Ти его максимальный радиусгде р - плотность жидкости.Период пульсации пузыря измеряюткак временный интервал между двумяпоследовательными импульсами захлопывания или, например, в случае, если пузырь образован импульсным электрическим разрядом между головной волнойсжатия и импульсом сжатия от первогозахлопывания пузыря. Подставляя выражение для максимального радиуса пузыря через его период пульсации из формулы 3 в формулу 21, получим выражение для амплитуды акустическогодавления, действующего на гидрофон вмаксимуме волны разрежения. Отнесянапряжение на выходе гидрофона, соответствующее указанному давлению, квеличине этого давления, получим окончательную формулу для чувствительностигидрофона, Таким образом, создавая нелинейнб пульсирующий в воде пузырь назаданной глубине и расстоянии от гидрофона и измеряя период его пульсации,определяют амплитуду давления в акустической волне разрежения, воспринимаемой гидрофоном, а измерив амплитуду напряжения на выходе гидрофона, соответствующую этому акустическомудавлению, и отнеся ее к амплитуде давления, находят чувствительность гидрофона,На фиг. 1 показана схема реализации способа, в случае использования импульсного электрического разряда в воде для создания пузыря;На фиг. 2 приведен пример осциллограммы акустического давления, излучаемого пульсирующим пузырем, созданным импульсным электрическим разрядом в воде на глубине 7 м, Показаны осциллограммы одного и того же сигнала на двух разных лучах осциллографа.От источника питания 1 предварительно заряжают конденсатор 2. В требуемыймомент времени производится поджигуправляемого коммутатора 3 импульсомс блока управления 4, при этом происходит разряд конденсатора в междуэлектродном зазоре 5, помепенном наизвесьной глубине. Практически достаточнаглубина в несколько метров. Одновременно или с задержкой от блока управления 104 осуществляют также запуск разверткиосциллографа. Излучаемые разрядом исозданным им пузырем акустическиеволны принимаются расположенным наизвестном расстоянии калибруемым гидрофоном 6 с выхода которого электрический сигнал записывает на осциллографе 7. По осциллограмме измеряют,например, первый период пульсации пузыря как временной интервал между головной волной сжатия, излучаемым разрядом, и волной сжатия от захлопывания пузыря, а также амплитуду напряжения в максимуме волны разрежения,соответствующей этому периоду. Полученные данные, известные значения глубины и расстояния между разрядом игидрофоном используют для определениячувствительности гидрофона по формуле ЯНа осциллограммах видна головнаяволна (импульс) сжатия, излучаемая наактивной стадии разряда, следующая .заней длительная волна разрежения и волнасжатия, излучаемая уже при первом за-хлопывании пузыря, Временной интервалмежду пиками волн сжатия и есть первый период пульсации пузыря,Предлагаемый способ позволяет просто осуществить экспресс - контроль или 4 пкалибровку гидрофонов с учетом зависимости их чувствительности от рабочейглубины в условиях, например, морскихгидроакустических измерений. Способпозволяет калибровать в одинаковых45условиях одновременно много гидрофонов, поскольку их можно разместить вокруг пузыря по окружности достаточно большого радиуса так, что их взаимовлияние будет заведомо пренебрежимым.ф ор мула и зоб р е тени яСпособ калибровки гидрофонов, заключающийся в том, что калибруемый гидрофон помещают в жидкость, воздействуют на него акустическим давлением и измеряют напряжение на его выходе, о т л и - чающийся тем,что,сцелью упрощения процесса калибровки и повыщения точности, акустическое давление. в жидкости создают нелинейно пульсирующим парогазовым пузырем, измеряют период его пульсации и амплитуду напряжения на выходе гидрофона в максимуме фазы разрежения акустической волны, излучаемой пузырем, а чувствительность определяют по формуле-б4=1,ЕЬ О1 гТ /1 О,О 7 Н/ где 0 - чувствительность гидрофона в вольтах на паскаль в системе СИ);О- напряжение сигнала в вольтах с выхода гидрофона в максимуме соответствующей измеряемому периоду пульсации пузыря фазы акустической волны;р- расстояние в метрах между центром пузыря и калибруемым гидрофоном;Я - глубина в метрах, на которой создают пузырьТ - период пульсациипузыря в секундах.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство483808,кл, Н 04 В 29/00, 1975.2, Авторское свидетельство485579, кл. Н 04 В 29/00, 29. 09.7 5.е 363/48 Тираж 774НИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий5, Москва, ЖРаущская наб., д. 4/ Подписн 13 лиал ППП " Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,7 Ьг.2Составитель В, Тюльпинтор В. Фельдман Техред 3. Фанта Корректор С, Шекмар