Способ калибровки гидрофонов

651504

Союз Советских

Социалистинеских

Республик

Ф

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено19.08.76 (21) 2400234/18-10 а (51) М. Кл.

Н 04 P 29/00 с присоединением заявки №вЂ” (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР ао делам изоорвтвний и открытий

Опубликовано 05.03. 79.Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 06.03.79 (53) УДК534.6.08 (088.8) (72) Автор изобретения

Б. П. Драпезо (71) Заявитель (64) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ГИДРОФОНОВ

Изобретение относится к области акустики, в частности к измерению акустического давления в калибровке датчиков давления.

Известны способы абсолютной калибровки, основанные на электрическом измерении звукового давления в трубе резонатора (1). 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.

Известны также способы калибровки, в которых на калибруемый гидрофон воздействуют акустическим давлением, создаваемым вспомогательным эталонным источником звука, и при этоы измеряют напряжение на выходе гидрофона (2).

Недостатки 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 экспрессконтроль гидрофонов в условиях, например, морских лубоководных измерений, когда могут возникать сомнения в том, что изменилась чувствительность гидрофона, 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 парогазо20 вым пузырем, измеряют период его пуль сации и амплитуду напряжения на выходе гидрофона в максимуме фазы разре-. жения акустической волны, излучаемой

40

6

Пузырем, а чувствительносTT» определяют по формуле

ЯЗ 30 1+,GQ g H(2. где - чувствительность гидрофона в вольтах на паскаль (система СИ); / — напряжение сигнала в вольтах на выходе гидрофона в максимуме соответствующей измеряемому периоду пульсации пузыря фазы акустической волны;

Р— расстояние в метрах между центром сферического пузыря и калибруемым гцдрофоном.

Т вЂ” период пульсации в секундах;

К вЂ” 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

I 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 пузыря можно найти по формуле Ра Р.маКс - Рс -Рп, (2, если известны гидростатическое давление

Р и максимальный радиус пузыря Янъ.

Его же величину находят по формуле, связывающей период пульсации пузыря Т и его максимальный радиус где о — плотность жидкости.

Период пульсации пузыря измеряют как временный интервал между двумя последовательными импульсами захлопывания или, например, в случае, если пузырь образован импульсным электрическим разрядом между головной волной сжатия и импульсом сжатия от первого захлопывания пузыря. Подставляя выражение для максимального радиуса пузыря через его период пульсации из формулы (3) в формулу Г21, получим выражение для амплитуды акустического давления, деиствуюшего на гидрофон в максимуме волны разрежения. Отнеся напряжение на выходе гидрофона, соответствующее указанному давлению, к величине этого давления, получим окончательную формулу для чувствительности гидрофона. Таким образом, создавая нелинейно пульсирующий в воде пузырь на заданной 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, со.ответствующую этому акустическому давлению, 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.

651504

От источника питания 1 предварительно заряжают конденсатор 2. В требуемый момент времени производится поджиг управляемого коммутатора 3 импульсом с блока управления 4, при этом происхо- 5 дит разряд конденсатора в междуэлектродном зазоре 5, помеп енном на известной глубине. Практически достаточна глубина в несколько метров. Одновременно или с задержкой от блока управления

4 осуществляют также запуск развертки осциллографа. Излучаемые разрядом и созданным им пузырем акустические волны принимаются расположенным на известном 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 и гидрофоном используют для определения чувствительности гидрофона по формуле flj

На осциллограммах видна головная волна (импульс) сжатия, излучаемая на активной стадии разряда, следующая .за ней длительная волна разрежения и волна сжатия, излучаемая уже при первом за- хлопывании пузыря. Временной интервал между пиками волн сжатия и есть первый период пульсации пузыря.

Предлагаемый способ позволяет просто осуществить экспресс — контроль или 411 калибровку гидрофонов с учетом зависимости их чувствительности от рабочей глубины в условиях, например, морских гидроакустических измерений. Способ позволяет калибровать в одинаковых

45 условиях 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 я

Способ 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 парогазбвым пузырем, измеряют период его пульсации и амплитуду напряжения на выходе гидрофона в максимуме фазы разрежения акустической волны, излучаемой пузырем, а чувствительность определяют по формуле

-б

4=<,еь. <о

31

Т / t t 0,097 Í l где 0 — чувствительность гидрофона в вольтах на паскаль (в системе СИ);

Ц вЂ” 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 вЂ” глубина в метрах, на которой создают пузырь Т вЂ” период пульсации пузыря в секундах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство

¹483808,,кл. Н 04 R 2299//0000, 1975.

2. Авторское свидетельство № 485579э кл. Н 04 R 29/00е

29. 09.7 5.

Редактор В. Фельдман

Par.z

Составитель В, Тюльпин

Техред 3. Фанта Корректор С. 1IIBKMBp

Заказ 1363/48 Тираж 774 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП " Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4