ГОСТ Р МЭК 62127-2—2009
второй усилитель V с высоким входным импедансом, который может быть использован и как усилитель сигнала
гидрофона (см. ниже). Интерферометр стабилизирован по оптическому пути |44] с помощью следящей системы,
имеющей равный 1 коэффициент усиления на частоте около 100 Гц. В этом случае значение смещения, измерен ное
по току фотоэлементов, равно
. Ц5 У, У{1-- 0)(F.2)
2nTFU V’(f)
где X, — длина оптической волны (длина волны света в вакууме);
TF— коэффициент акустической передачи смещения через пленку;
Us — напряжение сигнала;
О — размах напряжения (от пика до пика), соответствующий полной интерференционной полосе и измерен
ный на выходе усилителя V. имеющего частотно-зависимый коэффициент усиления V(f).
Выходное напряжение Us измеряют с помощью цифрового осциллографа с шириной полосы 8W > 100 МГц.
Для повышения отношения сигнал/шум применяют широкополосный фокусирующий пьезоэлектрический преоб
разователь. Его возбуждают тональными импульсами заданной частоты, а измерения проводят непосредственно
после подачи ультразвукового импульса при выходе его амплитуды на постоянное значение. Это устраняет влия
ние отражений от стенок измерительного сосуда.
Юстировку преобразователя проводят с помощью трехкоординатной системы позиционирования с поворо
том вокруг двух осей. Пятно лазерного луча наводят на фокус преобразователя путем перемещений в направле
ниях, перпендикулярных оси ультразвукового пучка, которую определяют путем нахождения точек с
максимальным значением давления на различных расстояниях от преобразователя. Критерием правильности
юстировки является максимальный сигнал на выходе интерферометра, а также время задержки выходного сигна
ла относительно сигнала возбуждения. Угол между пленкой и направлением распространения звука юстируют с
помощью лазерного луча.
После сохранения результатов измерения смещения пленки ее убирают и на место нахождения на ней пят
на лазерного луча устанавливают гидрофон. В бак добавляют необходимое количество воды, чтобы калибруе
мый гидрофон оказался погруженным в воду. Эту процедуру можно упростить, если, не убирая пленку, повернуть
преобразователь в сторону гидрофона, как это показано на рисунке F.1. К выходу гидрофона подключают усили
тель V и измеряют напряжение при том же самом возбуждении преобразователя.
Чувствительность М, гидрофона на конце кабеля под нагрузкой определяют по формуле
М12*TFU UH(F.3)
L u>cpV(f»0) X,u s ’
где с — скорость звука в воде.
р
_
плотность измерительной жидкости (воды);
UH— напряжение на выходе гидрофона;
о>(=2п0 — круговая частота сигнала с преобразователя.
При этом гидрофон нагружен на входной импеданс усилителя V.
F.2.3.1.2 Введение поправок
На значение чувствительности MLгидрофона на конце кабеля под нагрузкой влияют три эффекта сис
тематического характера, что требует введения поправок, рассмотренных ниже.
F.2.3.1.3 Диаметр пятна
Как гидрофон, так и лазерный луч. фокусируемый на пленке, не могут быть представлены в виде точечного
приемника, и поэтому необходимо принимать в расчет эффект пространственного усреднения. При количествен
ном описании этого эффекта преобразователь рассматривают как плоский поршень [45J. Пространственное рас
пределение смещения получают при решении интеграла Рэлея (46J, что дает возможность получить по
измеренным усредненным значениям пиковые значения давления J45J.
F.2.3.1.4 Многократные отражения в пленке
В фокусе ультразвукового пучка поверхность жидкости закрыта пленкой для улучшения оптической отража
тельной способности. Падающий ультразвук частично отражается от металлизированного слоя и от внутренней
(противоположной) поверхности пленки, а интерференция этих отражений оказывает влияние на смещение плен ки.
В связи с тем. что фазовый фронт волны а фокусе ультразвукового лучка является приблизительно плоским, то для
количественного описания систематической погрешности, связанной с этим эффектом, можно принять простую
модель резонанса плоских волн [45|. Это позволяет получить коэффициент акустического прохождения TF, который
входит в выражения (F.2) и (F.3).
F.2.3.1.5 Частотная характеристика фотодетектора
В противоположность частотной зависимости коэффициента усиления V(Q усилителя, задействованного на
двух этапах измерений и не влияющего поэтому на конечный результат измерения, частотная характеристика
фотодетектора сказывается на результатах измерения чувствительности
ЛЛ
гидрофона. Поэтому были проведе
ны измерения функции преобразования фотодетектора с помощью оптически смешивающего источника, что
позволило ввести соответствующие поправки в результаты измерения интерферометром.
35