способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях
Классы МПК: | H04R29/00 Контрольные устройства; испытательные устройства |
Автор(ы): | Аграновский А.В., Розенберг А.В., Чулков В.Л. |
Патентообладатель(и): | Государственное предприятие Конструкторское бюро "Спецвузавтоматика" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-04-17 публикация патента:
27.09.1998 |
Градуировку гидрофона производят в морских условиях в диапазоне низких частот методом сравнения с образцовым гидрофоном (ОГ)известной чувствительности
o . Градуируемый гидрофон (ГГ) и ОГ погружают на различную глубину. Горизонтальное расстояние между источником звука и ОГ и ГГ задается большим пяти глубин моря. Приведены соотношения для определения максимального горизонтального расстояния между ОГ и ГГ и максимальной разности глубин их погружения. Удовлетворяющее этим соотношениям взаиморасположение ОГ и ГГ обеспечивает то, что в точках их расположения разность звуковых давлений в интерференционных максимумах меньше 1 дБ. При градуировке источник звука перемещают прямолинейным галсом с малой постоянной скоростью
v (v/c < 2
10-3,
где c - скорость звука в воде. На интервале времени
T, равном 8/3
H2/
v , где H - глубина моря,
- длина звуковой волны, измеряют средние уровни амплитуд сигналов на выходах ГГ и ОГ. Отмечают те моменты времени, когда текущие значения амплитуд сигналов одновременно превосходят их средние уровни. Чувствительность
r ГГ определяют по соотношению:
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728t.gif)
где Uо(ti) - амплитуда сигнала на выходе ОГ в моменты времени ti, i = 1,2, ..., M, когда текущие значения амплитуды превосходят средний уровень;
- амплитуда сигнала на выходе ГГ в моменты времени
, i = 1,2, ... , M;
jо - число отсчетов, на которое нужно сдвинуть сигнал ГГ относительно сигнала ОГ. Изобретение позволяет расширить область применения способа. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
v (v/c < 2
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
где c - скорость звука в воде. На интервале времени
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728t.gif)
где Uо(ti) - амплитуда сигнала на выходе ОГ в моменты времени ti, i = 1,2, ..., M, когда текущие значения амплитуды превосходят средний уровень;
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-2t.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-3t.gif)
jо - число отсчетов, на которое нужно сдвинуть сигнал ГГ относительно сигнала ОГ. Изобретение позволяет расширить область применения способа. 3 ил.
Формула изобретения
Способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения с образцовым гидрофоном в диапазоне низких частот, когда длина![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119078/960.gif)
где n - показатель преломления вода-дно,
при этом перемещают источник звука прямолинейным галсом с постоянной малой скоростью V при V/c < 2
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
средние уровни амплитуд сигналов на выходах градуируемого и образцового гидрофонов, отмечают те моменты времени, когда текущие значения амплитуд сигналов на выходах градуируемого и образцового гидрофонов одновременно превосходят соответствующие им средние уровни, причем образцовый гидрофон чувствительности
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/920.gif)
где
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/920.gif)
горизонтальное расстояние между источником звука и образцовым гидрофоном также должно превышать пять глубин моря, а чувствительность
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-18t.gif)
где U0(ti) - амплитуда сигнала на выходе образцового гидрофона в моменты времени ti, i = 1, 2, ... , M, когда текущие значения амплитуды превосходят средний уровень;
Ur(ti+j0) - амплитуда сигнала на выходе градуируемого гидрофона в моменты времени ti+j0, i = 1, 2, ..., M,
причем число j0 отсчетов, на которое нужно сдвинуть сигнал на выходе градуируемого гидрофона относительно сигнала на выходе образцового гидрофона, определяется по минимуму функции
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-19t.gif)
где Nг - начальная точка окна;
m - число точек в окне, которое выбирается из условия
m
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119011/8805.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке и калибровке гидрофонов стационарных измерительных средств в диапазоне низких частот (когда длина звуковой волны по порядку величины сравнима с глубиной моря). Известен способ градуировки гидрофона методом сравнения [1], заключающийся в том, что градуируемый и образцовый гидрофоны подвергают одинаковому воздействию в условиях пространства. Недостатком известного способа является ограниченность его применения случаем малых камер, т.е. случаем лабораторных условий. Известен способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях методом сравнения в диапазоне низких частот [2], когда длина звуковой волны по порядку величины сравнима с глубиной моря, заключающийся в генерации гармонических сигналов частоты f с помощью источника звука и приеме гармонического акустического сигнала градуируемым и образцовым гидрофонами. При этом чувствительность![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-5t.gif)
где
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-6t.gif)
где
n - показатель преломления вода-дно, при этом перемещают источник звука прямолинейным галсом с постоянной малой скоростью v при v/c < 2
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-7t.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-8t.gif)
где
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/920.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-9t.gif)
где
Uо(ti) - амплитуда сигнала на выходе образцового гидрофона в моменты времени ti, i = 1,2, ...,M, когда текущие значения амплитуды превосходят средний уровень,
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-10t.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-11t.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-12t.gif)
где
Nг - начальная точка окна, m - число точек в окне, которое выбирается из условия
m
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119011/8805.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/965.gif)
где
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-13t.gif)
где
Pl, Kl - амплитуда и горизонтальная составляющая волнового вектора l-ой моды, L - число мод, распространяющихся в волноводе на частоте f. На фиг. 2 представлена зависимость амплитуды звукового давления от горизонтального расстояния r в модели волновода, состоящей из водного слоя толщины H=272,93 м, плотности
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/961.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/961.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119078/960.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119078/960.gif)
Такое взаимное положение образцового и градуируемого гидрофонов обеспечивает то, что в интерференционных максимумах звукового поля источника акустические давления в точках расположения гидрофонов будут различаться меньше, чем на 1 дБ (фиг. 3). Перемещают источник звука 12 прямолинейным галсом с постоянной скоростью v при v/c < 2
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119085/955.gif)
Измеряют на интервале времени
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-14t.gif)
средние уровни амплитуд сигналов на выходах градуируемого
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-15t.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-16t.gif)
![способ определения чувствительности гидрофона в морских условиях, патент № 2119728](/images/patents/352/2119728/2119728-17t.gif)
соответствующие одновременному попаданию градуируемого и образцового гидрофонов в интерференционный максимум звукового поля источника, и определяют чувствительность градуируемого гидрофона по формуле (2). Анализ формулы (2) показывает, что в способе устраняется погрешность из-за разнесенности гидрофонов вдоль линии движения излучателя путем обработки сигналов, регистрируемых гидрофонами, сдвинутых во времени. То есть дискретные отсчеты сигналов, регистрируемых градуируемым и образцовым гидрофонами в одни и те же моменты времени, сдвигаются друг относительно друга так, чтобы совместить отсчеты, относящиеся к разным моментам времени, но к одинаковым расстояниям между излучателем и, соответственно, градуируемым и образцовым гидрофонами. Подобную трансформацию сигнала отображает математическая формула (3). С другой стороны, смещенность сигналов из-за разности глубин гидрофонов устранить при обработке сигналов в данном способе невозможно. Поэтому необходимо, чтобы в эксперименте глубины погружения гидрофонов сильно не различались, т.е. чтобы выполнялось условие (1). Таким образом, в отличие от прототипа, данный способ может применяться при существенных отражениях звукового сигнала от поверхности и дна моря. 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. Грачев Г.А., Кузнецов Г.Н. О средней скорости изменения фазы акустического поля вдоль плоского волновода. Акуст. ж., 1985, 31, N 2, с. 266 - 268.
Класс H04R29/00 Контрольные устройства; испытательные устройства