способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений
Классы МПК: | H04R29/00 Контрольные устройства; испытательные устройства |
Автор(ы): | Аббясов З., Власов Ю.Н., Лихачев С.М., Маслов В.К., Сильвестров С.В., Толстоухов А.Д. |
Патентообладатель(и): | Государственное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-03-24 публикация патента:
20.11.1999 |
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для проведения метрологической поверки рабочих средств измерений (РСИ) в натурных условиях. Существо способа заключается в том, что в известном способе градуировки, заключающемся в воздействии на измерительные тракты рабочего средства измерений и эталонного средства измерений (ЭСИ) тестовым сигналом и сравнении результатов измерений параметров тестового сигнала РСИ и ЭСИ, по результатам которого проводят градуировку РСИ, в качестве тестового сигнала, воздействующего на измерительные тракты РСИ и ЭСИ, используют естественный шум морской среды. При этом для определения погрешности измерений, возникающих при переключении пределов измерений аппаратуры РСИ, градуировку проводят в штормовую погоду и (или) период сейсмической активности. Таким образом, в заявленном способе градуировка РСИ проводится в натурном водоеме в отсутствии специального гидроизлучателя, что позволяет значительно упростить и удешевить процесс градуировки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений в условиях натурного водоема, заключающийся в одновременном воздействии на измерительные тракты рабочего и эталонного средства измерений тестовым сигналом и сравнении результатов измерений параметров тестового сигнала рабочим и эталонным средствами измерений, по результатам которого проводят градуировку измерительного тракта рабочего средства измерений, отличающийся тем, что в качестве тестового сигнала, воздействующего на гидроакустические измерительные тракты рабочего и эталонного средств измерений, используют естественный шум морской водной среды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приемные части гидроакустических измерительных трактов рабочего и эталонного средств измерений располагают в морской среде под слоем ее температурного скачка так, чтобы расстояние между ними по вертикали r и горизонтали l удовлетворяли неравенствам: r![способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений, патент № 2141743](/images/patents/330/2141004/8773.gif)
![способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений, патент № 2141743](/images/patents/330/2141004/8773.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для проведения градуировки рабочих средств измерений (РСИ) на месте их эксплуатации. В дальнейшем под словом "градуировка" понимается измерение коэффициента передачи гидроакустического измерительного тракта РСИ, т.е. определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) гидроакустического измерительного тракта. Под гидроакустическим измерительным трактом понимается средство измерений, предназначенное для преобразования акустического сигнала в водной среде в электрический сигнал, для усиления и предварительной обработки этого сигнала, а также для передачи его на аппаратуру окончательной обработки и регистрации. Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в том, что приемную часть гидроакустического измерительного тракта РСИ демонтируют со своего штатного места и транспортируют его к источнику тестового сигнала [1]. Недостатком известного способа является необходимость демонтажа измерительного тракта РСИ в сложных условиях морских натурных измерений и невысокая точность градуировки из-за несовпадения условий эксплуатации и градуировки. Известен способ градуировки гидроакустичестического измерительного тракта РСИ в условиях натурного водоема, заключающийся в одновременном воздействии на измерительные тракты рабочего и образцового средств измерений тестовым сигналом и сравнении результатов измерений параметров тестового сигнала рабочим и эталонным средствами измерений (ЭСИ), по результатам которого проводят градуировку измерительного тракта рабочего средства измерений [2]. Данный способ принят за прототип. В прототипе для реализации перечисленных выше действий на приемной части РСИ закрепляют специальную гидроакустическую мишень с эталонной силой цели, что является недостатком известного способа. Кроме того, параметры гидроакустической мишени со временем подвержены изменениям, что приведет к дополнительным трудно оцениваемым погрешностям градуировки измерительного тракта РСИ. Как в аналоге, так и прототипе для градуировки РСИ необходимо наличие специальных гидроакустических излучателей на очень широкий диапазон частот, изготовление которых представляет большую проблему в гидроакустике. Кроме того, уровень давление возбуждаемого излучателем сильно зависит от местоположения излучателя в объеме водоема и расстояния между точками излучения и приема. Для инфразвуковых частот изготовить излучатель тестовых сигналов и гидроакустическую мишень - вещь неразрешимая. Поэтому прототип обладает достаточно узкой полосой частот, на которой можно производить градуировку РСИ. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является упрощение и удешевление практической реализации способа градуировки РСИ. Данный технический результат получают за счет того, что в известном способе градуировки гидроакустического измерительного тракта РСИ в условиях натурного водоема, заключающемся в одновременном воздействии на измерительные тракты РСИ и ЭСИ тестовым сигналом и сравнении результатов измерений параметров тестового сигнала РСИ и ЭСИ, по результатам которого проводят градуировку измерительного тракта РСИ, в качестве тестового сигнала, воздействующего на гидроакустические тракты РСИ и ЭСИ, используют естественный шум (природный) морской водной среды. Приемные части гидроакустических измерительных трактов РСИ и ЭСИ располагают в морской водной среде под слоем ее температурного скачка так, чтобы расстояние между ними по вертикали r и по горизонтали l удовлетворяли неравенствам: r![способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений, патент № 2141743](/images/patents/330/2141004/8773.gif)
![способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений, патент № 2141743](/images/patents/330/2141004/8773.gif)
- обширная поверхность морского дна, передающая в толщину воды натурного водоема инфразвуковые колебания земной коры сейсмического характера (ближние и дальние землетрясения, извержения вулканов, цунами и др.);
- обширная взволнованная водная поверхность, шумы которой определяются действиями ветра, атмосферных осадков и т.п. Шумы данного вида проявляются в основном на звуковых и ультразвуковых частотах;
- тепловые шумы молекулярного и температурного характера, связанные с воздействием и соударением хаотично движущихся молекул воды с поверхностью гидрофонов приемной части измерительного тракта РСИ (броуновским движением молекул воды). Имеются также морские шумы "искусственного" происхождения: шумы судоходства, турбулетные псевдошумы возникающие на конструкциях гидрофонов из-за образования вихрей и турбулентных течений. Искусственные источники шумов при правильно сконструированном РСИ и правильно выбранных измерительных натурных водоемах становятся несущественными по сравнению с естественными источниками шумов, в особенности с шумовыми источниками морской поверхности, а шумы дальнего судоходства в предлагаемом способе не оказывают существенного влияния на погрешность градуировки. Каждая волна на поверхности водоема создает акустическое давление в объеме воды. Таких волн на поверхности водоема много и распределены они хаотично, образуя, по существу, обширный по размерам шумовой источник гидроакустических колебаний. Отражаясь от дна водоема и неоднородностей водной среды, они образуют диффузное шумовое гидроакустическое поле с равномерным распределением по некоторому объему водного пространства уровнем звукового давления. В таком поле уровень звукового давления, воздействующего на гидрофон, в каждый момент времени слабо зависит от места нахождения гидрофона, в особенности в средней части водоема. Постоянство (малые и медленные изменения) параметров шумов в водоеме позволяет проводить оценку их уровня аналитически [5]. Многочисленные исследования авторов и других экспериментаторов, проводимые за 25 - 30 лет в акваториях различных морей и океанов, показали возможность использования естественного шума морской водной среды для целей градуировки гидроакустического измерительного тракта РСИ. С целью уменьшения влияния изменчивости параметров шумов морской водной среды на результаты градуировки необходимо выполнение следующих условий:
- измерение параметров морских шумов следует проводить синхронно. Время начала и конец измерений ЭСИ и РСИ должны различаться не более чем на
![способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений, патент № 2141743](/images/patents/330/2141001/177.gif)
- приемные части гидроакустических измерительных трактов РСИ и ОСИ (гидрофоны) должны быть расположены под слоем температурного скачка [6] по возможности ближе друг к другу;
- размеры и форма обтекателей гидрофонов РСИ и ЭСИ по возможности должны быть одинаковыми или подобными. Максимальному сближению приемных частей РСИ и ЭСИ препятствуют морские течения и взаимное влияние (столкновение конструкций) гидрофонов друг на друга. В любом случае расстояние l по гиризонтали и r по вертикали между гидрофонами зависит от заглубления H гидрофона РСИ и задается выражением, приведенным выше. Чем больше глубина H, тем более однородны акустические шумовые поля и тем больше величины r и l. При этом вертикальная стратификация морской среды предопределяет более высокую неоднородность шумовых полей по вертикали, чем по горизонтали. Конкретные величины знаменателей в неравенствах r
![способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений, патент № 2141743](/images/patents/330/2141004/8773.gif)
![способ градуировки гидроакустического измерительного тракта рабочего средства измерений, патент № 2141743](/images/patents/330/2141004/8773.gif)
1. Патент Японии N 55-28515, кл. G 01 S 3/80, G 01 H 3/00, 1980. 2. Патент РФ N 2042283, кл. H 04 R 29/00, 1995 - прототип. 3. Р. Дж. Урик. Основы гидроакустики. Л., Судостроение, 1978, с. 211 - 230, с. 344 - 347. 4. А.П. Евтютов, А.Е. Колесников и др. Справочник по гидроакустике. Л., Судостроение, 1982, с. 112 - 118. 5. И.И. Клюкин, А.Е. Колесников. Акустические измерения в судостроении. Л., Судостроение, 1968, с. 42 - 52. 6. Л. А. Жуков. Общая океанология. Л., Гидрометеоиздат, 1976, с. 278 - 295.
Класс H04R29/00 Контрольные устройства; испытательные устройства