способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот
Классы МПК: | H04R29/00 Контрольные устройства; испытательные устройства |
Автор(ы): | Аграновский А.В., Бычков В.Б., Маслов В.К., Розенберг А.В. |
Патентообладатель(и): | Научно-производственное объединение "Всероссийский научно- исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-05-19 публикация патента:
20.09.1997 |
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для градуировки гидрофонов стационарных измерительных систем в инфразвуковом диапазоне. Сущность изобретения заключается в том, что излучают звуковой сигнал источником, удаленным на значительное, в сравнении с глубиной места, расстояние, при котором градуируемый и помещаемый вблизи него образцовый гидрофоны оказываются в зоне однородности звукового поля, образующейся на участках максимумов интерференционной картины, а градуировка производится методом сравнения. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения с образцовым в диапазоне низких частот, когда длина звуковой волны![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090018/960.gif)
где n показатель преломления вода-дно,
от градуируемого так, чтобы глубины погружений образцового и градуируемого гидрофонов отличались на величину, не большую, чем
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090018/960.gif)
перемещают источник звука прямолинейным галсом с постоянной малой скоростью V при
V/C < 2
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
где C скорость звука в воде на постоянной глубине при горизонтальных расстояниях между источником и градуируемым гидрофоном больших пяти глубин моря,
измеряют на интервале времени
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-14t.gif)
средние уровни амплитуд сигналов на выходах градуируемого и образцового гидрофонов, отмечают те моменты времени ti, i=1,2,M, когда текущие значения амплитуд сигналов на выходах образцового Uo(ti) и градуируемого Uг(ti) гидрофонов одновременно превосходят соответствующие им средние уровни, и определяют чувствительность градуируемого гидрофона по формуле
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-15t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано при градуировке гидрофонов стационарных измерительных средств в диапазоне низких частот (когда длина звуковой волны по порядку величины сравнима с глубиной моря Н). Известен способ градуировки гидрофона методом сравнения [1] состоящий в том, что градуируемый гидрофон и образцовый гидрофон подвергают одинаковому воздействию в условиях свободного пространства. Образцовый гидрофон и градуируемый гидрофон помещают на достаточно большом расстоянии R от излучателя, определяемом условием![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-2t.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090173/947.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090173/947.gif)
где
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090173/947.gif)
Uг, Uo электрические напряжения на выходах соответственно градуируемого и образцового гидрофонов. Основные требования при применении метода сравнения состоят в создании хороших приближений к условиям свободного пространства и плоской волны при проведении измерений [1] Эти требования, как правило, удовлетворяются лишь в лабораторных условиях малых камер, акустических труб, искусственных бассейнов при градуировке преобразователей небольших размеров в области высоких частот. Известен способ измерения чувствительности гидрофона в натурных условиях методом сравнения [2] состоящий в одновременном помещении градуируемого и образцового гидрофонов в поле излучателя и определении чувствительности градуируемого гидрофона по формуле:
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-3t.gif)
где Rг, Rо расстояния от излучателя соответственно до градуируемого и образцового гидрофонов. Применение направленного излучателя позволяет уменьшить влияние отражений от поверхности и дна моря. Данный способ требует точного контроля расстояний Rо, Rг, что достигается путем креплений гидрофонов и излучателя с помощью специальных жестких конструкций. При проведении измерений в диапазоне низких частот существенное влияние будут оказывать отражения от поверхности и дна моря. Применение направленного излучения в низкочастотном диапазоне затруднительно, так как размеры направленного низкочастотного излучателя должны быть слишком велики. Целью изобретения является расширение области применения метода сравнения для градуировки гидрофонов в натурных условиях в диапазоне низких частот при наличии существенных отражений звуковых волн от поверхности и дна моря. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения с образцовым в диапазоне низких частот (когда длина звуковой волны
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090018/960.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090018/960.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-4t.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090173/947.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-5t.gif)
Наличие отличительных по сравнению с прототипом признаков указывает на соответствие предложенного технического решения критерию изобретения "новизна". Отсутствие отличительных признаков не только в прототипе, но и в других технических решениях в данной и других областях техники указывает на соответствие предложенного решения критерию изобретения "изобретательский уровень". Возможность практической реализации изобретения указывает на соответствие предложения критерию "техническая применимость". На фиг. 1 приведена схема, поясняющая реализацию предлагаемого способа; на фиг. 2 пример структурной схемы блока определения чувствительности; на фиг.3 зависимость амплитуды звукового давления от горизонтального расстояния между источником и гидрофоном; на фиг.4 зависимость разности амплитуд от взаимного расположения гидрофонов в слое. Схема, поясняющая работу по предлагаемому способу (фиг.1), состоит из водного слоя 1 с дном 2 и поверхностью 3. Градуируемый измерительный гидрофон 4, установленный на донной платформе 7, связан кабелем 6 с входом блока 11 определения чувствительности, второй вход которого соединен с выходом приемника 10 радиоканала. Образцовый гидрофон 5 опускается с борта судна 8, выход гидрофона 5 подключен к входу передатчика 9 радиоканала. Источник звука 12 буксируется на кабель-тросе судном 13. Известно, что в волноводе, образованном поверхностью 3 и дном 2 моря, амплитуда
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-6t.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-7t.gif)
где Pl, Kl амплитуда и горизонтальная составляющая волнового вектора l-й моды, L число мод, распространяющихся в волноводе на частоте f. На фиг. 3 показана зависимость амплитуды звукового давления от горизонтального расстояния r в модели волновода, состоящей из водного слоя толщиной H 272,93 м, плотности
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090337/961.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090068/8773.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090018/960.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090068/8773.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090018/960.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090273/955.gif)
Измеряют на интервале времени
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-8t.gif)
средние уровни амплитуд сигналов на выходах градуируемого 4
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-9t.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-10t.gif)
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-11t.gif)
соответствующие одновременному попаданию градуируемого и образцового гидрофонов в интерференционный максимум звукового поля источника, и определяют чувствительность градуируемого гидрофона по формуле:
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-12t.gif)
Операция осреднения, использующаяся в формуле (4), позволяет уменьшить погрешность измерения чувствительности градуируемого гидрофона, оцениваемую соотношением:
![способ измерения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот, патент № 2090984](/images/patents/382/2090984/2090984-13t.gif)
Источники информации
1. Боббер Р. Гидроакустические измерения. М. Мир, 1974. 2. Болгов В. М. Плахов Д.Д. Яковлев В.Е. Акустические шумы и помехи на судах. Л. Судостроение, 1984, с.165 -170 (прототип). 3. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М. АН СССР, 1957. 4. Shaffer J.D. Fitzgerald R.M. Guthrie A.N. Coherence of low-frequency acoustic signals in the deep ocean. JASA, 1974, U5, N 4, p.1122 1125. 5. Грачев Г.А. Кузнецов Г.Н. О средней скорости изменения фазы акустического поля вдоль плоского волновода. Акуст.ж. 1985, т. 31, N 2, с.266 268.
Класс H04R29/00 Контрольные устройства; испытательные устройства