ГОСТ Р МЭК 62127-1— 2009
Приложение D
(справочное)
Преобразование электрического напряжения в давленио
D.1 Общие положения
Соотношение между давлением, воздействующим на гидрофон, и электрическим напряжением на его
выходе выражается через чувствительность на конце кабеля гидрофона под нагрузкой, часто определяемой в
широком диапазоне частот. В настоящем стандарте преобразование измеренного электрического напряжения
uL(t) на конце кабеля гидрофона в мгновенное значение акустического давления р(<) осуществляют при исполь
зовании выражения
=(D.1)
если частотная характеристика гидрофона соответствует критерию, приведенному в 5.1.7. или при использова
нии выражения
(D.2)
приведенного в 5.1.2.
Такой подход обоснован тем. что выражение (D.1) верно в случаях, когда:
- излучаемое ультразвуковым преобразователем акустическое поле характеризуется очень узкой полосой
частот или
- чувствительность на конце кабеля гидрофона под нагрузкой вего полосе частот несильно отличается от
чувствительности, измеренной на частоте акустического воздействия.
Во всех других случаях частотную характеристику гидрофона следует получить обратной сверткой напряже
ния на конце кабеля, используя выражение (D.2). Это требование дополняет требования к ширине полосы,
изложенные в 5.1.7.
Чувствительность на конце кабеля гидрофона под нагрузкой Ц.(/) — комплексная величина, но истори
чески пользуются только значением ее модуля. Тем не менее, в настоящее время некоторые национальные
лаборатории эталонов могут измерять и фаэочастотные характеристики гидрофонов. В этом случае при обрат
ной свертке выражения (D.2) могут быть использованы и измеренные фазовые характеристики [22]. [52].
D.2 Процедура обратной свертки результатов гидрофонных измерений
Процедура обратной свертки результатов гидрофонных измерений в соответствии с выражением (D.2) по
казана на рисунке D.1 в виде блок-схемы операций обработки.
D.3 Преобразование двухстороннего спектра в односторонний и обратно
Результаты калибровки гидрофона, как правило, представляют в диапазоне положительных значений ча
стоты. в то время как после традиционного быстрого преобразования Фурье получают ряд данных, расположен ных
по частотам с центром на нулевой частоте, т. е. с компонентами, лежащими как в области положительных, так и
отрицательных частот. Симметрия частотного спектра упрощает переход к одностороннему спектру (содержа щему
только положительные значения частоты) для последующей обработки результатов гидрофонных измере ний
методом обратной свертки. Часто эти данные представляют в виде только одностороннего спектра, не подо зревая о
двухсторонней природе исходного спектра частот. Следует учесть, что некоторые коммерческие про граммы
преобразования Фурье не обеспечивают точного выполнения этого процесса. Ниже приведено подроб ное
описание этих проблем и путей их решения.
Рассмотрен набор данных, распределенных по частотам fs с частотой Найквиста= fJ2. Типовой алгоритм
быстрого преобразования Фурье (БПФ) возвращает точки, расположенные так. что первая точка имеет частоту f0,
затем fu... и до fu. Следующая точка расположена на -4 м , а затем на -<N—2- -fu-з- Дпя всех составляющих,
отличных от нулевой частоты (соответствующей постоянному току), амплитуды точек, соответствующих положи
тельным и отрицательным частотам, равны, и односторонний спектр может быть получен простым удваиванием
амплитуд всех составляющих, отличных от постоянного тока. Исчерпывающее обсуждение проблем, связанных с
преобразованием Фурье, приведено в [53].
Проблема некоторых имеющихся на рынке программ по преобразованию двухстороннего спектра в одно
сторонний состоит в том. что они делят пополам размер матрицы данных и удваивают амплитуды всех составля
ющих. кроме первой. Такой метод некорректен, поскольку для ряда из N данных сигнал постоянного тока пред
ставляет собой первую точку в ряде данных с положительными значениями частоты, занимающими следующие
N12 положений в матрице. Таким образом, данные на частоте Найквиста (весьма важной) находятся в положении N12
+ 1. Однако вышеуказанный метод простого выделения первой половины последовательности данных ис ключает
эту точку. Невозможность включить точку с данными на частоте Найквиста приведет к ошибкам и фазо-
35