Приложение F
(справочное)
ГОСТ Р МЭК 62127-2—2009
Абсолютная калибровка гидрофонов методом оптической интерферометрии
на частотах до 40 МГц
F.1 Общее представление
В приложении рассмотрены современные абсолютные методы калибровки ультразвуковых гидрофонов на
частотах выше 15 МГц. Некоторые из методов, которые применяли в прошлом и используют до сих пор. рассмот
рены в разделе F.2. Они основаны на использовании эффектов нелинейного распространения плоских волн, а
также на измерении смещения с помощью оптического интерферометра. Перспективность второго метода, в час
тности. заключается в том. что результаты калибровки могут иметь прямую прослеживаемость к первичному эта
лону единицы длины.
В приложении рассмотрены также достижения по внедрению абсолютных методов калибровки, основанных
на оптической интерференции, в двух лабораториях национальных эталонов. Принципиальные различия между
двумя реализациями этого метода, обозначенными в F.2.3.1 и F.2.3.2 как реализация I и реализация II.
заключа ются в расположении акустического пучка относительно лазерного луча. В реализации II. в
противоположность реализации I. оптический луч пересекает акустический пучок.
П р и м е ч а н и е — Под «абсолютной» калибровкой гидрофона здесь подразумевают калибровку «без
сравнения с другим гидрофоном». Иногда ее называют «первичной» калибровкой. С другой стороны, часто на
практике гидрофоны калибруют «вторичным» методом или методом «замещения», который предполагает срав
нение чувствительностей калибруемого гидрофона и гидрофона сравнения. Очевидно, что в этом заключается
принципиальное различие: проводить абсолютную калибровку гидрофона или сравнивать чувствительности двух
гидрофонов. В приложении речь идет о первом из этих методов Второй метод достаточно подробно рассмотрен в
разделе 12 настоящего стандарта. Следует отметить, что калибровка замещением обычно охватывает оба метода и
заинтересованный специалист может обратиться как к разделу 12. так и к этому приложению, тем более что здесь
рассмотрены источники неопределенности результатов абсолютной калибровки, которые должны быть включены в
неопределенность результатов конечной калибровки методом замещения.
F.2 Современное состояние
F.2.1 Метод, основанный на нелинейном распространении
В прошлом предпринимались попытки калибровать гидрофоны на частотах до 100 МГц с использованием
«эмпирической модели нелинейного распространения» [34}, (38)—(42). Этот метод рассмотрен в (34). Он основан на
эффекте нелинейного распространения плоских волн и использует то обстоятельство, что для поршневого
преобразователя относительно большогодиаметра соответствующей временной селекцией акустического сигна
ла можно устранить влияние тех составляющих плоской волны, которые излучаются краями преобразователя.
При высоких амплитудах давления плоские волны подвергаются искажению, создавая в акустическом поле мно
жество гармоник. Чтобы спрогнозировать искажения этих звуковых волн, используют теоретическую модель рас
пространения плоской волны, затем путем сравнения расчетной зависимости с результатами измерений,
проведенными а непосредственной близости от преобразователя (т. е. неискаженными), и в точке, удаленной от
него на известное расстояние по оси пучка (т. е. искаженными из-за нелинейности распространения и содержащи
ми множество гармоник), можно провести калибровку гидрофона на каждой частотной гармонике.
Результаты, полученные этим методом, были перспективны и хорошо соответствовали теоретическим рас
четам чувствительности двух мембранных гидрофонов. Однако уданного метода были и некоторые недостатки.
Во-первых, результаты сильно зависят от выбранной модели распространения. Во-вторых, реализация метода
связана с характеристиками преобразователя, используемого для создания акустического поля. Недостатки пре
образователя могут существенно исказить излучаемую им плоскую волну и привести к существенной неопреде
ленности результатов калибровки.
Использование фокусирующего преобразователя малого диаметра для образования гармоник а его
фокальной области устраняет некоторые из этих недостатков. Измеряемые поля на известном фокусном расстоя
нии. характеризуемые главным лепестком направленности, можно воспроизвести достаточно точно. В фокусе
можно получить высокие значения давления с наличием множества гармоник на расстояниях, более коротких, чем
при использовании плоских волн. Подходящие для этого фокусирующие преобразователи с одинаковыми
характеристиками а настоящее время доступны для приобретения.
F.2.2 Оптическая интерферометрия
При калибровке методом оптической интерферометрии излучаемая преобразователем акустическая волна
принимается тонкой пластиковой мембраной (пленкой), металлизированной с одной стороны для обеспечения
оптического отражения. Пленка достаточно тонкая, чтобы быть акустически прозрачной и отслеживать акустичес-
33