ГОСТ Р МЭК 62127-2—2009
Приложение I
(справочное)
Определение фазовых характеристик гидрофонов
1.1 Краткий обзор
Измерения высокочастотных или искаженных (из-за нелинейности) волновых форы часто затруднены всле
дствие неидеальности характеристики преобразования используемого гидрофона. Правильные результаты
можно получить при обратной свертке измеренных волновых форм, используя при этом комплексное значение
функции преобразования огибающей частотную область (см. МЭК 62127-1). Вдополнение к амплитудной чувстви
тельности гидрофона, измеряемой в процессе его калибровки, эта процедура требует определения и фазовой
чувствительности. В этом приложении рассмотрены современные методы определения фазовой характеристики
гидрофонов.
В общем случае как чувствительность гидрофона на конце кабеля под нагрузкой, так и чувствитель
ность холостого хода на конце кабеля гидрофона являются комплексными величинами, которые можно выра
зить амплитудой и фазой. Амплитуду определяют при калибровке гидрофона давно известными методами
калибровки (см., например, раздел 5 настоящего стандарта). Определение фазы требует, во-первых, когерентной
выборки значений амплитуды и фазы в процессе измерений, и. во-вторых, наличия эталона фазы с плоской или. по
меньшей мере, хорошо известной фазовой характеристикой, откалиброванного первичным (абсолютным)
методом или фазовая характеристика которого известна заранее.
П р и м е ч а н и е — «Абсолютная» калибровка по фазе сопровождается рядом трудностей технического ха
рактера и не столь необходима в большинстве случаев. Под «абсолютной» здесь подразумевают калибровку «по
эталонному источнику с идеально плоской фазовой характеристикой».
Для определения фазовой характеристики гидрофонов можно применить установки для калибровки по
амплитуде, если обеспечить их возможностью когерентного приема. Однако фазовые измерения более чувстви
тельны к изменению условий окружающей среды и к точности установки расстояния между гидрофоном и преоб
разователем. На частоте 20 МГц изменение температуры воды на 10 мК приводит к изменению фазы, равному 10*,
на длине 100 мм. В связи с тем что температуру воды не удается поддерживать постоянной в этом диапазоне
длительное время, требуется, чтобы все измерения продолжались не более нескольких секунд. Поточечная про
цедура сбора данных, используемая, например, в методах взаимности или оптической интерферометрии, непри
годна из-за большой длительности каждого цикла измерений. Следует учесть также, что смещение гидрофона на 2
мкм вдоль оси распространения волны приводит к изменению фазы, равному 10“. на 20 МГц. что подтверждает
жесткость требований к точности установки гидрофона.
Ниже рассмотрены три методики, успешно применяемые для калибровки по фазе а различных лаборатори
ях. Изложены принципы работы соответствующих установок с результатами измерений, приведены ограничения
их применения, а также источники неопределенности результатов измерений.
1.2 Метод спектрометрии когерентных временных задержек
1.2.1 Принцип работы
В методе спектрометрии временных задержекдля обеспечения условий свободного поля во время калиб
ровки используют конечное время распространения ультразвука в среде [56]. [62]. [63]. [68]. Излучаемая преобра
зователем волна давления достигает гидрофона через какой-либо промежуток времени, за который мгновенное
значение частоты принимаемого гидрофоном сигнала смещается относительно частоты напряжения возбужде
ния. прикладываемого к преобразователю во время качания (развертки) частоты между Г5,а„ина
^stop -^Start l
Л
= -------------------- ,
(1.1)
tsс
где ts — время развертки (качания частоты):
/ — расстояние между гидрофоном и преобразователем;
с — скорость звука в среде (обычно воде).
Если для генерирования напряжения возбуждения и для приема сигнала с выхода гидрофона используют
анализатор, который может работать в частотном промежутке между этими двумя сигналами, то с помощью узко
полосного фильтра промежуточной частоты выбирают длину распространения акустического сигнала. Если час
тота смещения установлена равной д. то можно выделить прямой сигнал от излучателя к гидрофону и
отстроиться от сигналов, отраженных от стенок бака.
При реализации когерентного приема для генерирования и приема сигналов используют сетевой анализа
тор. Фиксированное фазовое отношение между излучаемым и принимаемым сигналом обеспечивается схемой
47