RU2705390C1 - Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705390C1 RU2705390C1 RU2018141054A RU2018141054A RU2705390C1 RU 2705390 C1 RU2705390 C1 RU 2705390C1 RU 2018141054 A RU2018141054 A RU 2018141054A RU 2018141054 A RU2018141054 A RU 2018141054A RU 2705390 C1 RU2705390 C1 RU 2705390C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrophone
- emitter
- measuring
- radiator
- hydroacoustic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для определения мощности гидроакустических излучателей, расположенных на подводных и надводных средствах. Сущность изобретения: в способе измерения мощности гидроакустического излучателя и устройстве для его осуществлении с помощью калиброванного гидрофона измеряют звуковое давление излучаемого гидроакустического сигнала в дальней зоне от излучателя. Для измерения в схему введен второй гидрофон, расположенный на фиксированном расстоянии от излучателя, а мощность рассчитывают по формуле W=4πP2/ρс, где ρ - плотность воды; с - скорость звука в воде; P=Ugr1/γ - приведенное к одному метру звуковое давление; где Ug напряжение на выходе гидрофона; γ - чувствительность гидрофона; r1=(ΔТзадс+r2) - расстояние между геометрическим центром излучателя и измерительным гидрофоном; r2 - расстояние между геометрическим центром излучателя и вспомогательным гидрофоном; ΔТ - временная задержка между сигналами, принятыми гидрофонами. Предлагаемое устройство для осуществления способа измерения мощности гидроакустического излучателя работает следующим образом. Излучаемый гидроакустическим излучателем сигнал на калиброванном гидрофоне и дополнительном гидрофоне создает давление жидкости, которое преобразуется в электрические сигналы. Каждый из этих сигналов по электрическим кабелям передается на входы двух аналого-цифровых преобразователей, выходы которых по шине данных соединены с процессорным блоком. В процессорном блоке реализуют алгоритмы измерения напряжения с калиброванного гидрофона, измерения времени задержки (разности фаз) между сигналами с калиброванного и дополнительного гидрофонов, расчета расстояния между излучателем и калиброванным гидрофоном, расчета акустической мощности излучателя. Технический результат: возможность измерения в дальней зоне акустической мощности различных типов гидроакустических излучателей в реальных условиях эксплуатации на рабочем сигнале излучающего гидроакустического излучателя без вмешательства в его конструкцию и без привлечения дополнительных измерительных устройств. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения мощности гидроакустических излучателей разного типа, входящих в состав гидролокаторов, систем гидроакустической связи, телеметрии, комплексов гидроакустического телеуправления и т.д., в реальных условиях эксплуатации.
Известен способ градуировки гидроакустических излучателей по чувствительности путем использования образцового измерительного гидрофона (приемника гидроакустических сигналов) [Л1, стр. 38…40].
Образцовый гидрофон устанавливается в среде распространения (воде) на калиброванном расстоянии от контролируемого излучателя (не менее 1 м). В процессе градуировки с использованием дополнительной измерительной аппаратуры, измеряется отклик образцового гидрофона на тестовый сигнал гидроакустического излучателя, по которому рассчитывается чувствительность излучателя Su. Поскольку чувствительность излучателя есть отношение излучаемой гидроакустической мощности Ра к вызвавшему ее напряжению возбуждающего электрического сигнала U, то по найденному значению Su и известному значению U можно определить мощность гидроакустического сигнала излучателя
Pa=Su⋅U.
Для диагностики гидроакустических излучателей в реальных условиях их эксплуатации с целью контроля мощности такой способ неприемлем. Кроме того, измерительная установка, реализующая такой способ, громоздка [Л1, с. 159, рис. 3.26].
Известен способ измерения мощности низкочастотного гидроакустического излучателя с внутренней воздушной полостью по патенту на изобретение [Л2]. Особенностью такого способа является то, что измерительный гидрофон устанавливается во внутреннюю воздушную полость контролируемого излучателя, который погружают в жидкость. Измерительный гидрофон, находясь в воздушной полости внутри контролируемого излучателя, фиксирует воздушный акустический сигнал, который значительно слабее гидроакустического сигнала излучателя, поскольку воздух как среда распространения обладает существенно меньшими, чем вода, плотностью и упругостью, поэтому и чувствительность такого способа низкая. Кроме того, способ применим только для гидроакустических излучателей больших размеров, имеющих внутри себя воздушные полости с объемом, достаточным для размещения измерительного гидрофона. Поскольку размеры излучающей поверхности излучателя соизмеримы с длиной волны излучаемого сигнала, то это в основном длинноволновые, т.е. низкочастотные излучатели диапазона до 1 кГц.
Известен способ измерения мощности гидроакустического излучателя, и устройство для его осуществления по патенту на изобретение [Л3] в котором установленным на излучающей поверхности акселерометром измеряют колебательное ускорение излучающей поверхности излучателя, колеблющейся под влиянием тестового сигнала, а мощность определяется по формуле
где, А - среднеквадратическое значение ускорения в м/с2, измеренное акселерометром;
ω=2πF (F - частота излучения в Гц, для конкретного излучателя, она является заданной);
RW - механическое сопротивление нагрузки на излучатель со стороны жидкости (для воды 1,5⋅106 кг/м2с), умноженному на площадь излучающей поверхности излучателя.
Недостатки прототипа. Этот способ измерения мощности предполагает вмешиваться в конструкцию излучателя, устанавливая на поверхности акселерометр, а также применять тестовый синусоидальный сигнал, отличающийся от реальных сигналов на которых должен работать гидроакустический излучатель.
Прототипом устройства, в котором может быть реализован предлагаемый способ, является установка для автоматической градуировки гидроакустических излучателей с помощью образцового гидрофона [Л 1, с. 159, рис. 3.26].
Установка содержит:
- канал передачи, в котором сигнал генератора, проходя через предварительный усилитель, модулятор, усилитель мощности, схему согласования импедансов, поступает на контролируемый гидроакустический излучатель, излучающий акустический сигнал в воду;
- канал приема, в котором сигнал, принятый образцовым гидрофоном из воды, через усилители и фильтры, поступает на регистрирующие устройства;
- дополнительные приборы для измерения параметров электрических сигналов и устройства синхронизации.
Установка измеряет чувствительность контролируемого излучателя в диапазоне частот, но, как указывалось выше, позволяет косвенным путем рассчитать и акустическую мощность излучателя. Однако, она очень сложна и громоздка, использование такой установки для контроля работоспособности гидроакустических излучателей, установленных на объектах, в процессе их диагностики в реальных условиях эксплуатации, практически невозможно.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в возможности измерения в дальней зоне акустической мощности различных типов гидроакустических излучателей, в том числе и установленных на подвижных объектах, в реальных условиях их эксплуатации, с использованием рабочего сигнала излучателя, без вмешательства в его конструкцию и в создании устройства для реализации данного способа. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема способа, на фиг. 2 устройство, его реализующее. Для схемы способа фиг. 1:
1 - калиброванный гидрофон;
2 - дополнительный гидрофон;
3 - расстояние между излучателем и вторым гидрофоном;
4 - гидроакустический излучатель;
5 - расстояние между излучателем и калиброванным гидрофоном;
6 - аппаратура приема и обработки;
7 - аппаратура формирования сигнала для излучения излучателем.
Для устройства фиг. 2:
1 - калиброванный гидрофон;
2 - дополнительный гидрофон;
8 - аналого-цифровой преобразователь;
9 - аналого-цифровой преобразователь;
10 - процессорный блок.
Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном способе измерения мощности гидроакустического излучателя, заключающимся в том, что измерение мощности гидроакустического излучателя осуществляется следующим образом. С морской платформы или с судна излучатель 4 самостоятельно или в составе необитаемого подводного аппарата погружают в жидкость на глубину на которой предполагают измерить его акустическую мощность. С другой части судна на такую же глубину в дальней зоне, определяемой по формуле: r1>D2/λ, где: от r1 - расстояние между геометрическим центром излучателя и измерительным гидрофоном; D - максимальный размер излучателя;
λ - длина волны излучаемого сигнала, на расстоянии 5 погружают калиброванный гидрофон 1. От аппаратуры формирования сигнала 7, которая может находится как на судне, так и на необитаемом подводном аппарате, на излучатель 4 подают электрический сигнал, который преобразуется в гидроакустический сигнал. В калиброванном гидрофоне 1 давление жидкости, вызванное гидроакустическим сигналом преобразуется в электрический сигнал, который по кабелю подают на аппаратуру приема и обработки 6, расположенную на судне. На известном расстоянии от излучателя 3 которое может составлять 1-2 метра помещают дополнительный второй гидрофон 2. Расстояние 3 выбирается из возможности жесткой фиксации гидрофона 2 относительно акустического центра излучателя 4. Электрический сигнал с дополнительного гидрофона по кабелю подают на аппаратуру приема и обработки 6. В аппаратуре приема и обработки производят измерение напряжения сигнала с калиброванного гидрофона и измеряют задержку между сигналами принятыми гидрофонами. По измеренной задержке (разности фаз) сигналов и известной скорости распространения звука в жидкости определяют и контролируют расстояние между излучателем и калиброванным гидрофоном, которое может меняться в зависимости от глубины погружения, подводных течений, положения и дрейфа судна и т.д.
Измеряемая задержка между сигналами принятыми гидрофонами
где: Тгф1=r1/c; Тгф2=r2/с, времена задержки сигналов принимаемых гидрофонами относительно излученного сигнала;
r1, r2 - расстояние от излучателя до первого и второго гидрофонов, соответственно;
с - скорость распространения звука в жидкости.
После подстановки в (1) значений Тгф1 и Тгф2
откуда 
Таким образом, измеряя задержку между сигналами, принятыми гидрофонами однозначно определяем расстояние между излучателем и калиброванным гидрофоном.
Акустическую мощность излучателя определяют по формуле:
W[BT]=4πР2/Rρс,
где: ρ - плотность воды [кг/м3];
Р=Ugr1/γ - приведенное к одному метру звуковое давление [Па];
где: Ug - напряжение на выходе гидрофона [мкв];
γ - чувствительность гидрофона [мкв/Па];
R - коэффициент концентрации. Для изотропного излучателя R=1.
Предлагаемое устройство, состав которого показан на фиг. 2, для осуществления способа измерения мощности гидроакустического излучателя работает следующим образом. Излучаемый гидроакустическим излучателем сигнал на калиброванном гидрофоне 1 и дополнительном гидрофоне 2, создает давление жидкости которое преобразуется в электрические сигналы. Каждый из этих сигналов по электрическим кабелям передается на входы двух аналого-цифровых преобразователей 8 и 9, выходы которых по шине данных соединены с процессорным блоком 10. В качестве процессорного блока может быть использован микропроцессор, ЭВМ, или персональный компьютер. В процессорном блоке реализуют алгоритмы измерения напряжения с калиброванного гидрофона, измерения времени задержки (разности фаз) между сигналами с калиброванного и дополнительного гидрофонов, расчета расстояния между излучателем и калиброванным гидрофоном, расчета акустической мощности излучателя.
Примененный в способе измерения мощности гидроакустического излучателя и устройстве для его осуществления режим измерения напряжения калиброванного гидрофона, размещенного в дальней зоне от излучателя и временной задержки сигналов калиброванного гидрофона и дополнительного гидрофона, который расположен на фиксированном расстоянии от излучателя, позволит проводить измерения акустической мощности излучателей разнообразных конструкций, а также излучателей, расположенных на подводных аппаратах в реальных условиях эксплуатации на глубинах их функционирования. Измерения проводят без вмешательства в конструкцию излучателей, с использованием рабочего сигнала излучателя и на глубинах, где слабо выражены дестабилизирующие факторы и низкий уровень окружающего шума.
Источники информации.
1. Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения. М., Мир. 1974.
2. Патент Российской Федерации RU №1140571 С, 27.10.1995.
3. Патент Российской Федерации RU №2492431 С1, 08.02.2012.
Claims (12)
1. Способ измерения мощности гидроакустического излучателя, заключающийся в том, что испытуемый излучатель в составе необитаемого подводного аппарата погружают в жидкость, подают на него сигнал, который преобразуют в акустический сигнал, калиброванным гидрофоном измеряют величину этого сигнала, отличающийся тем, что калиброванный гидрофон устанавливают в дальней зоне излучения сигнала, а в ближней зоне на известном расстоянии от излучателя помещают дополнительный второй гидрофон, измеряют временную задержку между сигналами, принятыми гидрофонами, и рассчитывают акустическую мощность по формуле
где ρ - плотность воды [кг/м3];
с - скорость звука в воде [м/с];
Р=Ugr1/γ - приведенное к одному метру звуковое давление [Па*м];
где Ug - напряжение на выходе гидрофона [мкВ];
r1=(ΔТзадc+r2) - расстояние между геометрическим центром излучателя и гидрофоном [м];
r2 - расстояние от излучателя до второго гидрофона;
ΔТзад - временная задержка между сигналами, принятыми гидрофонами;
γ - чувствительность гидрофона [мкВ/Па];
R - коэффициент концентрации.
2. Устройство для осуществления способа измерения мощности гидроакустического излучателя, содержащее калиброванной гидрофон, амплитуда сигнала на выходе которого пропорциональна давлению жидкости, измеритель амплитуды сигнала, отличающееся тем, что в схему дополнительно вводят второй гидрофон, расположенный на известном фиксированном расстоянии от излучателя, два аналого-цифровых преобразователя и вычислительный блок (микропроцессор), где реализуют алгоритмы измерения напряжения с калиброванного гидрофона, измерения времени задержки между сигналами гидрофонов, расчета акустической мощности излучателя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141054A RU2705390C1 (ru) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141054A RU2705390C1 (ru) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2705390C1 true RU2705390C1 (ru) | 2019-11-07 |
Family
ID=68500770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018141054A RU2705390C1 (ru) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2705390C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3548631A (en) * | 1969-07-30 | 1970-12-22 | Us Navy | Pressure gradient hydrophone calibrator |
| RU1140571C (ru) * | 1983-10-27 | 1995-10-27 | Институт прикладной физики РАН | Способ измерения мощности низкочастотного гидроакустического излучателя с внутренней воздушной полостью |
| RU2308053C1 (ru) * | 2006-01-12 | 2007-10-10 | Сергей Алексеевич Бахарев | Способ калибровки гидроакустических средств с параметрическими приемными антеннами |
| RU2390968C1 (ru) * | 2009-04-02 | 2010-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ градуировки гидрофона по полю при излучении непрерывного сигнала в измерительном бассейне с отражениями |
| RU2492431C1 (ru) * | 2012-02-08 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для осуществления способа |
| CN104199013A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种能在有限水域内降低测试频率的方法 |
| RU2655049C1 (ru) * | 2017-07-26 | 2018-05-23 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ калибровки гидрофона по полю на низких частотах |
-
2018
- 2018-11-21 RU RU2018141054A patent/RU2705390C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3548631A (en) * | 1969-07-30 | 1970-12-22 | Us Navy | Pressure gradient hydrophone calibrator |
| RU1140571C (ru) * | 1983-10-27 | 1995-10-27 | Институт прикладной физики РАН | Способ измерения мощности низкочастотного гидроакустического излучателя с внутренней воздушной полостью |
| RU2308053C1 (ru) * | 2006-01-12 | 2007-10-10 | Сергей Алексеевич Бахарев | Способ калибровки гидроакустических средств с параметрическими приемными антеннами |
| RU2390968C1 (ru) * | 2009-04-02 | 2010-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ градуировки гидрофона по полю при излучении непрерывного сигнала в измерительном бассейне с отражениями |
| RU2492431C1 (ru) * | 2012-02-08 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для осуществления способа |
| CN104199013A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种能在有限水域内降低测试频率的方法 |
| RU2655049C1 (ru) * | 2017-07-26 | 2018-05-23 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ калибровки гидрофона по полю на низких частотах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109143208B (zh) | 一种船舶声纳平台自噪声试验测试系统及水平测试方法 | |
| US4622978A (en) | Ultrasonic diagnosing apparatus | |
| WO1992007513A1 (en) | Method and apparatus for breast imaging | |
| Wang et al. | Frequency dependence of sound speed and attenuation in fine-grained sediments from 25 to 250 kHz based on a probe method | |
| Cochard et al. | Underwater acoustic noise measurement in test tanks | |
| CN111586546B (zh) | 一种低频换能器谐振点发射响应的测量方法和系统 | |
| ATE260601T1 (de) | Auswertung von ultraschallsignalen zur knochen- analyse mittels der ein messfeld darstellenden werte | |
| WO2020251356A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
| RU2705390C1 (ru) | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для его осуществления | |
| US7161871B2 (en) | Method for determining ocean current and associated device | |
| JPH021273B2 (ru) | ||
| JPH1114434A (ja) | 堆積物測定方法、堆積物測定装置、積雪測定方法および積雪測定装置 | |
| CN111397721A (zh) | 一种基于水面边界测振技术的同振式矢量水听器绝对校准方法与系统 | |
| EP2354808B1 (en) | Object probing device, object probing program, and object probing method | |
| JPH1123704A (ja) | 水中測定方法および水中測定装置 | |
| JP2001004606A (ja) | せん断波速度の測定方法 | |
| RU2063106C1 (ru) | Способ измерения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в условиях измерительного гидроакустического полигона с непостоянной во времени передаточной функцией | |
| Matthews et al. | Acoustic optic hybrid (AOH) sensor | |
| Schock et al. | Some applications of the chirp sonar | |
| Iliev et al. | Hydroacoustic stand for evaluating underwater sound systems in a measurement pool | |
| JPH0616113B2 (ja) | 地震波信号発生源集合体からの信号の遠距離特性を決定する方法および装置 | |
| RU2492431C1 (ru) | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для осуществления способа | |
| RU2042283C1 (ru) | Способ калибровки гидроакустической антенны в условиях натурного водоема | |
| Cheng et al. | Developing Best Practices for Panel Contribution Analysis | |
| RU1140571C (ru) | Способ измерения мощности низкочастотного гидроакустического излучателя с внутренней воздушной полостью |