ГОСТ IEC 62127-1—2015
Приложение D
(справочное)
Преобразование электрического напряжения в давление
D.1 Общие положения
Соотношение между давлением, воздействующим на гидрофон, и электрическим напряжением на его вы
ходе 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(1)
осуществляют при использо
вании выражения:
p(t) = uL(t)IM L{f^ ),
(D-1)
если частотная характеристика гидрофона соответствует критерию, приведенному в 5.1.7. или при использовании
выражения:
p(f) = 34Ut(/)WL(/)].(D.2)
приведенного в 5.1.2.
Такой подход обоснован тем. что выражение (D.1) верно в тех случаях, когда:
- излучаемое ультразвуковым преобразователем акустическое поле характеризуется очень узкой поло
сой частот или
- чувствительность на конце кабеля гидрофона под нагрузкой в его полосе частот не сильно отличается
от чувствительности, измеренной на частоте акустического воздействия.
Во всех друтих случаях частотную характеристику гидрофона следует получить обратной сверткой напря
жения 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
ML(f)
— комплексная величина, но исто
рически используют только значение ее модуля. Тем не менее в настоящее время некоторые национальные ла
боратории эталонов могут измерять и фазочастотные характеристики гидрофонов. В этом случав при обратной
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 рядданных, расположенных 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 (содержаще му
только положительные значения частоты) для последующей обработки результатов гидрофонных измерений
методом обратной свертки. Часто эти данные представляют в виде только одностороннего спектра, не подозревая о
двухсторонней природе исходного спектра частот. Следует учесть, что некоторые коммерческие программы пре
образования Фурье не обеспечивают точного выполнения этого процесса. Ниже приведено подробное описание
данных проблем и путей их решения.
Рассмотрен набор данных, распределенных по частотам
fs
с частотой Найквиста
fN= fJ2.
Типовой алгоритм
быстрого преобразования Фурье (БПФ) возвращает точки, расположенные так. что первая точка имеет частоту
ffr,
затем
f2.
... и до
ffi.
Следующая точка расположена наа затем на -/w,2.
-f^.
3. Для 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 односто
ронний состоит в том. что они делят пополам размер матрицы данных и удваивают амплитуды всех составляющих,
кроме первой. Такой метод некорректен, поскольку для ряда из /V-данных сигнал постоянного тока представляет
собой первую точку в ряде данных с положительными значениями частоты, занимающими следующие
N12
поло
жений в матрице. Таким образом, данные на частоте Найквиста {весьма важной) находятся в положении М2 + 1.
Однако вышеуказанный метод простого выделения первой половины последовательности данных исключает эту
точку. Невозможность включить точку с данными на частоте Найквиста приведет к ошибкам и фазовым искажени ям.
будет мешать проведению обратного преобразования Фурье заведомо правильной последовательности. В
таблице D.1 показан правильный метод выполнения этого преобразования.
36