ГОСТ Р МЭК 62127-2—2009
F.2.3.2.4 Поправки в результаты калибровки и источники их неопределенности
Ниже кратко рассмотрены наиболее значимые источники неопределенности результатов калибровки.
F.2.3.2.4.1 Частотная характеристика интерферометра
Частотная характеристика интерферометра связана с характеристиками фотодиодов и усилителя. В прош
лом она была измерена в частотном диапазоне от 1кГц до 20 МГц с помощью калибратора, специально разрабо
танного для этих целей (49). Расширение полосы рабочих частот интерферометра до 60 МГц потребовало
модификации частотного калибратора. С помощью модифицированного калибратора частотная характеристика
интерферометра определена до 100 МГц. Неопределенность результатов его калибровки варьируется от 3.5% на
20 МГц до 4.3 % на 40 МГц.
F.2.3.2.4.2 Коэффициент пропускания пленки
В результаты калибровки гидрофона следует ввести поправки, связанные со свойствами пленки. При опре
делении этих поправок возможны два подхода: теоретический и экспериментальный. На основе упрощенной тео
рии прохождения акустических плоских волн через слои разнородных материалов был разработан алгоритм
расчета частотной зависимости коэффициента прохождения через пленки. Он предполагает, что затухание акус
тического пучка в слое золота толщиной 25 нм пренебрежимо мало.
Был разработан экспериментальный метод определения коэффициента прохождения е частотном диапа
зоне от 2 до 60 МГц. основанный на методе замещения, с использованием акустического поля с нелинейными
искажениями, генерируемого преобразователем с основной частотой 2 МГц. Пленку, пропускание которой следо
вало измерить, помещали между преобразователем и гидрофоном (очень близко к гидрофону). Анализ как тео
ретических. так и экспериментальных результатов позволил определить частотную зависимость поправки,
неопределенность которой варьируется от 1 % на 5 МГц до 2 % на 40 МГц.
F.2.3.2.4.3 Поправка на пространственное усреднение
Малая ширина пучка гармонических составляющих, генерируемых фокусирующим ультразвуковым преоб
разователем с основной частотой 5 МГц. делает необходимым введение поправок на пространственное усредне ние
давления, распределенного по поверхности активного элемента гидрофона. С помощью биламинарного
(двухслойного) мембранного гидрофона толщиной 9 мкм с активным элементом диаметром 0,2 мм были прове
дены экспериментальные исследования пространственного усреднения в фокусе преобразователя. Преобразо
вание Фурье волновой формы сигнала позволило определить значения ширины пучка для гармонических
составляющих. При этом предполагалось, что для лазерного пучка с пятном диаметром 0.1 мм поправку на про
странственное усреднение вводить не нужно. Неопределенность поправок на пространственное усреднение
оценена как 1 % на 5 МГц и 6 % на 40 МГц.
F.2.3.2.4.4 Акустооптическое взаимодействие
В используемой экспериментальной установке луч света пересекает ультразвуковой пучок, создавая тем
самым возможность их взаимодействия. Это означает, что измеряемое интерферометром смещение не является
истинным смещением мембраны, так как оптическая длина пути будет изменяться как из-за перемещения пленки, так
и из-за изменения коэффициента преломления вдоль луча лазера. Для учета этого эффекта в результаты
измерения смещения надо было ввести относительно большую поправку, связанную главным образом с эффек
тивным значением коэффициента преломления воды. Правильность введения этой поправки была подтвержде на
в линейном режиме плоской волны, используемом при низкочастотных калибровках (47). однако высокие
значения амплитуд давления в нелинейных фокусированных полях приводят к возрастанию неопределенности
значений коэффициента преломления. Акустооптическое взаимодействие является предметом дальнейших
исследований, а неопределенность, связанная с изменениями коэффициента преломления в рассматриваемом
диапазоне частот, оценена в этой методике как не превышающая 1%. Оценка неопределенности из-за отклоне
ния от условий плоской волны варьируется от 0.5 % на 5 МГц до 3 % на 40 МГц.
F.2.3.2.5 Суммарная неопределенность результатов измерений
Составляющие неопределенности результатов измерений методом оптического интерферометра при
калибровке на высоких частотах были рассмотрены в (S0). оценка расширенной неопределенности варьируется от
7 % на 20 МГц до 11 % на 40 МГц.
38