RU2620772C1 - Method of hydrophones graduation by the reference radiator method - Google Patents
Method of hydrophones graduation by the reference radiator method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620772C1 RU2620772C1 RU2016131508A RU2016131508A RU2620772C1 RU 2620772 C1 RU2620772 C1 RU 2620772C1 RU 2016131508 A RU2016131508 A RU 2016131508A RU 2016131508 A RU2016131508 A RU 2016131508A RU 2620772 C1 RU2620772 C1 RU 2620772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrophone
- dependence
- frequency
- free field
- frequency dependence
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области метрологии гидроакустических измерений и может быть использовано для градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя.The invention relates to the field of metrology of hydroacoustic measurements and can be used for calibration of hydrophones by the method of a reference emitter.
Известен способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающийся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, определении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), определении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье S(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, определении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, определении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Мr(f) по формулеA known method for calibrating hydrophones by the method of a reference emitter, which consists in arranging a calibrated hydrophone in a hydroacoustic basin at a distance R from the reference emitter, exciting the emitter with a signal in the frequency range, emitting an acoustic signal and receiving a calibrated hydrophone for the direct acoustic signal of the emitter and signals reflected by the pool boundaries, determining the frequency the dependence of the amplitude of the voltage at the output of the hydrophone U g (f), determining for U g (f) the dependence of the Fourier coefficients S (τ), dividing by the parameter τ the Fourier coefficients S (τ) related to the direct and reflected signals, determining the dependence S '(τ) by zeroing in S (τ) the Fourier coefficients related to the reflected signals, determining the frequency dependence of the amplitude of the output voltage of the calibrated hydrophone in a free field U ' g (f) by the inverse Fourier transform S' (τ) and determining the sensitivity of the graduated hydrophone by the free field M r (f) by the formula
где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучением в свободном поле на расстоянии R от излучателя. /С.В. Сильвестров, И.С.Сильвестров. Градуировка гидрофонов на непрерывном сигнале в условиях лабораторного гидроакустического бассейна «Материалы научно-технической конференции. Проблемы метрологии гидрофизических измерений. ПМГИ-2006» 16-18 мая, 2006, стр. 152-155./.where P (f) is the frequency dependence of the amplitude of the sound pressure generated by the reference radiation in a free field at a distance R from the emitter. / C.V. Sylvestrov, I.S.Silvestrov. Calibration of hydrophones on a continuous signal in a laboratory hydro-acoustic pool “Materials of a scientific and technical conference. Metrology problems of hydrophysical measurements. PMGI-2006 ”May 16-18, 2006, p. 152-155./.
Данный способ принят за прототип.This method is adopted as a prototype.
Недостатком прототипа является недостаточная точность градуировки из-за наличия в частотной зависимости Uг(f) интермодуляционных искажений, обусловленных взаимным влиянием составляющих выходного напряжения гидрофона, соответствующих прямому акустическому сигналу излучателя и сигналам, отраженным от стенок бассейна, при измерении амплитудного значения напряжения на частоте f.The disadvantage of the prototype is the lack of accuracy of calibration due to the presence in the frequency dependence of U g (f) intermodulation distortion due to the mutual influence of the components of the output voltage of the hydrophone, corresponding to the direct acoustic signal of the emitter and the signals reflected from the walls of the pool, when measuring the amplitude value of the voltage at a frequency f .
Техническим результатом, получаемым от применения изобретения, является устранение недостатка прототипа, т.е. повышение точности градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя.The technical result obtained from the application of the invention is to eliminate the disadvantage of the prototype, i.e. improving the accuracy of calibrating hydrophones using the standard emitter method.
Данный технический результат достигается за счет того, что в известном способе градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающемся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, измерении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), получении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье S(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, получении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, получении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Mr(f) в диапазоне частот градуировки по формулеThis technical result is achieved due to the fact that in the known method for calibrating hydrophones using the standard emitter method, which consists in arranging the graduated hydrophone in the hydroacoustic basin at a distance R from the reference emitter, exciting the emitter with a signal in the frequency range, emitting an acoustic signal and receiving a direct acoustic signal from the calibrated hydrophone emitter and signals reflected by the boundaries of the pool, measuring the frequency dependence of the amplitude of the voltage at the output of the hydrophone U g (f), obtaining for U g (f) the dependence of the Fourier coefficients S (τ), dividing by the parameter τ the Fourier coefficients S (τ) related to the direct and reflected signals, obtaining the dependence S '(τ) by zeroing in S (τ) Fourier coefficients related to reflected signals, obtaining the frequency dependence of the amplitude of the output voltage of the calibrated hydrophone in the free field U ' g (f) by the inverse Fourier transform S' (τ) and determining the sensitivity of the calibrated hydrophone from the free field M r (f) in the range of calibration frequencies according to the formula
где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучением в свободном поле на расстоянии R от излучателя, в качестве сигнала возбуждения излучателя применяют линейный частотно-модулированный сигнал, регистрируют мгновенные значения напряжения на выходе гидрофона, определяют синфазную Us(f) и квадратурную Uc(f) составляющие частотной зависимости напряжения гидрофона, преобразование Фурье применяют отдельно к синфазной и к квадратурной составляющим, определяют зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ), определяют зависимости S's(τ) и S'c(τ) обнулением соответственно в Ss(τ) и Sc(τ) коэффициентов, относящихся к отраженным сигналам, получают синфазную U's(f) и квадратурную U'c(f) составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле обратным преобразованием Фурье S's(τ) и S'c(τ), частотную зависимость выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) получают по формулеwhere P (f) is the frequency dependence of the amplitude of the sound pressure generated by the reference radiation in a free field at a distance R from the emitter, a linear frequency-modulated signal is used as the excitation signal of the emitter, instantaneous voltage values at the output of the hydrophone are recorded, in-phase U s (f ) and the quadrature U c (f) components of the frequency dependence of the hydrophone voltage, the Fourier transform is applied separately to the in-phase and quadrature components, the dependences of the Fourier coefficients S s (τ) and S c (τ), determine the dependences S ' s (τ) and S' c (τ) by zeroing in S s (τ) and S c (τ) the coefficients related to the reflected signals, respectively, get in-phase U ' s (f) and quadrature U ' c (f) components of the frequency dependence of the output voltage of the hydrophone in the free field by the inverse Fourier transform S' s (τ) and S ' c (τ), the frequency dependence of the output voltage of the calibrated hydrophone in the free field U' g (f) is obtained according to the formula
Чувствительность градуируемого гидрофона по свободному полю в диапазоне частот градуировки рассчитывают по формуле (1).The sensitivity of the calibrated hydrophone in the free field in the calibration frequency range is calculated by the formula (1).
Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена схема для реализации способа, на фиг. 2, 3, 4 - диаграммы для пояснения сущности способа.In FIG. 1 shows a diagram for implementing the method, FIG. 2, 3, 4 are diagrams for explaining the essence of the method.
В гидроакустическом бассейне 1 располагают градуируемый гидрофон 2 на расстоянии R от эталонного излучателя 3.In the
Излучатель 3 возбуждают сигналом усилителя мощности 4. Сигнал возбуждения формируют с помощью генератора 5.The
Выход градуируемого гидрофона 2 подключают к осциллографу цифровому 6, выполняющему функции отображения и аналого-цифрового преобразования сигнала. В цифровой форме сигнал гидрофона поступает с выхода осциллографа 6 в электронную вычислительную машину (ЭВМ) 7, которая выполняет обработку сигнала гидрофона, а также управляет генератором 5.The output of the
Предложенный способ реализуют следующим образом: в частотном диапазоне градуировки линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом u(t)=sin(2πf0t+at2), где f0 - начальная частота, а - скорость измерения частоты, с выхода генератора 5 возбуждают эталонный излучатель 3, который преобразует сигнал возбуждения в акустический сигнал. Градуируемый гидрофон 2 принимает прямой акустический сигнал излучателя и сигналы, отраженные от стенок и поверхности бассейна, и преобразует принятые сигналы в электрическое напряжение. Выходное напряжение гидрофона подают на осциллограф 6, с выхода которого в цифровом виде напряжение гидрофона uг(t) поступает в ЭВМ 7.The proposed method is implemented as follows: in the frequency range of calibration with a linearly frequency-modulated (LFM) signal u (t) = sin (2πf 0 t + at 2 ), where f 0 is the initial frequency, and is the frequency measurement speed, from the generator output 5 excite a
Обработка измерительных данных включает в себя следующие операции: определяют квадратурную Uc(f) и синфазную Us(f) составляющие частотной зависимости напряжения Uг(f):Processing of the measurement data includes the following operations: determine the quadrature U c (f) and in-phase U s (f) components of the frequency dependence of the voltage U g (f):
Применяя к синфазной и к квадратурной составляющим преобразование Фурье, получают зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ)Applying the Fourier transform to the in-phase and quadrature components, we obtain the dependences of the Fourier coefficients S s (τ) and S c (τ)
Sc(τ)=F[Uc(f)],S c (τ) = F [U c (f)],
Ss(τ)=F[Us(f)],S s (τ) = F [U s (f)],
где F[…] означает прямое преобразование Фурье, параметр т имеет смысл временной задержки. В зависимостях Ss(τ) и Sс(τ) обнуляют исходя из временной задержки отраженных сигналов, коэффициенты Фурье, относящиеся к отраженным сигналам, Sso(τ) и Sco(τ), получают зависимости S's(t) и S'с(t)where F [...] means the direct Fourier transform, the parameter m has the meaning of a time delay. In the dependences, S s (τ) and S с (τ) are zero based on the time delay of the reflected signals, the Fourier coefficients related to the reflected signals, S so (τ) and S co (τ), obtain the dependences S ' s (t) and S ' s (t)
где τотр - временная задержка первого отраженного сигнала относительно прямого сигнала излучателя в месте расположения гидрофона.where τ neg - the time delay of the first reflected signal relative to the direct signal of the emitter at the location of the hydrophone.
К S's(τ) и S'c(τ) применяют обратное преобразование Фурье и получают синфазную U's(f) и квадратурную U'c(f) составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле:The inverse Fourier transform is applied to S ' s (τ) and S' c (τ) and the in-phase U ' s (f) and quadrature U' c (f) components of the frequency dependence of the output voltage of the hydrophone in a free field are obtained:
U'c(f)=F-1[S'c(τ)],U ' c (f) = F -1 [S' c (τ)],
U's(f)=F-1[S's(τ)],U ' s (f) = F -1 [S' s (τ)],
где F-1[…] означает обратное преобразование Фурье.where F -1 [...] means the inverse Fourier transform.
Частотную зависимость выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) получают по формуле (2), а чувствительность градуируемого гидрофона рассчитывают по формуле (1).The frequency dependence of the output voltage of the calibrated hydrophone in the free field U ' g (f) is obtained by the formula (2), and the sensitivity of the calibrated hydrophone is calculated by the formula (1).
Использование описанной процедуры позволяет достичь поставленного технического результата.Using the described procedure allows you to achieve the technical result.
Это подтверждается экспериментом, результаты которого представлены на фиг. 2, 3, 4. На фиг. 2 представлены модули спектральных коэффициентов прямого S'c(τ) и отраженных сигналов Sco(τ). На фиг. 3 представлена АЧХ чувствительности гидрофона: Мo - искаженная отражениями акустического сигнала от стенок бассейна, Ми - измеренная при наличии тех же отражений с использованием предложенного способа. На фиг. 4 представлены АЧХ чувствительности гидрофона: Ми - измеренная с использованием предложенного способа при наличии отражений от стенок бассейна и Мэ - измеренная по свободному полю независимым методом на эталоне ГЭТ 55-2011.This is confirmed by an experiment, the results of which are presented in FIG. 2, 3, 4. In FIG. 2 shows the moduli of the spectral coefficients of the direct S ' c (τ) and reflected signals S co (τ). In FIG. 3 shows the frequency response of the hydrophone sensitivity: M o - distorted by reflections of the acoustic signal from the walls of the pool, M and - measured in the presence of the same reflections using the proposed method. In FIG. 4 shows the frequency response of the hydrophone sensitivity: M and - measured using the proposed method in the presence of reflections from the walls of the pool and M e - measured by the free field by an independent method on the standard GET 55-2011.
Таким образом, использование при градуировке гидрофона описанной процедуры позволяет эффективно подавлять искажения, вызванные отражениями, и получать подробную частотную характеристику гидрофона в диапазоне частот, оценивать отражения от элементов носителя гидрофона, а также в ряде случаев от корпуса гидрофона, узлов позиционирования гидрофона под водой, и принимать меры при конструировании аппаратуры для устранения либо уменьшения влияния отражений до приемлемого уровня.Thus, using the described procedure when calibrating the hydrophone, it is possible to effectively suppress distortions caused by reflections, and to obtain a detailed frequency response of the hydrophone in the frequency range, to evaluate reflections from elements of the hydrophone carrier, as well as in some cases from the hydrophone body, hydrophone positioning units under water, and take measures when designing equipment to eliminate or reduce the influence of reflections to an acceptable level.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131508A RU2620772C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Method of hydrophones graduation by the reference radiator method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131508A RU2620772C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Method of hydrophones graduation by the reference radiator method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620772C1 true RU2620772C1 (en) | 2017-05-29 |
Family
ID=59031888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016131508A RU2620772C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Method of hydrophones graduation by the reference radiator method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620772C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742870C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-02-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Mobile device for determining parameters of vector receivers |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2141743C1 (en) * | 1998-03-24 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for calibration of hydroacoustic measuring circuit of measuring instrument |
RU117762U1 (en) * | 2012-02-08 | 2012-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | DEVICE FOR ABSOLUTE GRADING OF RADIATING AND RECEIVING ACOUSTIC CONVERTERS |
RU2537746C1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of calibrating hydrophones by comparison |
-
2016
- 2016-08-01 RU RU2016131508A patent/RU2620772C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2141743C1 (en) * | 1998-03-24 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for calibration of hydroacoustic measuring circuit of measuring instrument |
RU117762U1 (en) * | 2012-02-08 | 2012-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | DEVICE FOR ABSOLUTE GRADING OF RADIATING AND RECEIVING ACOUSTIC CONVERTERS |
RU2537746C1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of calibrating hydrophones by comparison |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Боббер Р.Дж. гидроакустические измерения. Пер. с англ. Под ред. А.Н. Голенкова. М.: Мир, 1974, стр.30-38. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742870C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-02-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Mobile device for determining parameters of vector receivers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7461554B2 (en) | Digital time variable gain circuit for non-destructive test instrument | |
RU2655478C1 (en) | Method of measuring frequency dependence of sound reflection coefficient from surface | |
RU2390968C1 (en) | Method of calibrating hydrophones in field with continuous signal radiation in reverberating measurement pool | |
RU2620772C1 (en) | Method of hydrophones graduation by the reference radiator method | |
RU2695287C1 (en) | Method of measuring frequency dependence of complex reflection coefficient of sound from surface using noise signal | |
RU2568070C1 (en) | Method of measuring complex frequency dependence of transfer impedance of radiator-receiver pair in free field | |
US4453238A (en) | Apparatus and method for determining the phase sensitivity of hydrophones | |
CN111397721A (en) | Method and system for absolute calibration of co-vibrating vector hydrophone based on water surface boundary vibration measurement technology | |
RU2655049C1 (en) | Method of calibration of the hydrophone on the field at low frequencies | |
van Neer et al. | Transfer functions of US transducers for harmonic imaging and bubble responses | |
CN111586546A (en) | Method and system for measuring resonance point transmission response of low-frequency transducer | |
Isaev et al. | Laboratory free-field calibration of a hydroacoustic receiver at low frequencies | |
KR101253933B1 (en) | Method for measuring thickness of metal plate by using electromagnetic acoustic transducer | |
RU101202U1 (en) | MULTI-FREQUENCY SPEAKING SYSTEM | |
RU2063106C1 (en) | Method for measuring noise-emission pressure level of moving object under sonar testing ground conditions with time-varying transfer function | |
RU2537746C1 (en) | Method of calibrating hydrophones by comparison | |
JP5733029B2 (en) | Inspection device and inspection method for underwater transmitter | |
RU2535643C1 (en) | Method for calibration of hydrophones by reciprocity method | |
CN112033518A (en) | Hydrophone sensitivity calibration method based on sine function fitting | |
RU2587536C1 (en) | Method of measuring attenuation coefficient of ultrasound | |
RU2684003C1 (en) | Method of processing information in hydroacoustic antenna | |
RU2789812C1 (en) | Echo sounder | |
Hopper et al. | Bioinspired low-frequency material characterisation | |
RU2782354C2 (en) | Apparatus for grading electroacoustic transducers | |
US20240138681A1 (en) | Acoustic imaging and measurements using windowed nonlinear frequency modulation chirp |