Способ определения пространственного смещения акустического центра гидрофона относительно его геометрического центра



Способ определения пространственного смещения акустического центра гидрофона относительно его геометрического центра
Способ определения пространственного смещения акустического центра гидрофона относительно его геометрического центра

 


Владельцы патента RU 2516607:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИФТРИ") (RU)

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при измерениях с использованием фазовых характеристик чувствительности гидроакустических преобразователей, использовании преобразователей в многоэлементной гидроакустической антенне либо фазированной антенной решетке. Техническим результатом, полученным от внедрения изобретения, является повышение точности определения положения акустического центра гидрофона. Для достижения поставленного технического результата гидрофон и излучатель располагают в измерительном бассейне, ориентируя гидрофон опорным направлением на излучатель, облучают гидрофон сигналами излучателя и принимают сигнал гидрофоном, затем, не меняя положения геометрического центра гидрофона относительно излучателя, разворачивают гидрофон на 180°, принимают сигнал излучателя и измеряют изменение временной задержки сигнала, принятого гидрофоном, при изменении направления приема с опорного на противоположное опорному, смещение акустического центра гидрофона относительно геометрического центра в направлении приема рассчитывают как произведение полученной временной задержки на скорость звука в воде. 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при измерениях с использованием фазовых характеристик чувствительности гидроакустических преобразователей, при использовании преобразователей в гидроакустических фазированных антенных решетках, а также для контроля качества при производстве измерительных гидрофонов.

Задача точного определения положения акустического центра гидрофона неизменно возникает при градуировке гидрофона, измерениях с использованием фазовой характеристики гидрофона, использовании гидрофона в многоэлементной антенне либо фазированной решетке. Задача обусловлена тем, что гидрофон представляет собой физическое тело определенных размеров и формы, а не геометрическую точку. Неопределенность положения акустического центра вызывает погрешность определения фазовой характеристики гидрофона, которая пропорциональна частоте и с возрастанием частоты может увеличиваться до неприемлемо больших величин.

Известен способ того же назначения, принятый за прототип:

1. Градуировка гидрофонов. Международная электротехническая комиссия. Стандарт МЭК. Публикация 565 (565 А). Издание первое 1977. Издательство стандартов. - М. - 1981.

2. Исаев А.Е. Точная градуировка приемников звукового давления в водной среде в условиях свободного поля. ISBN 978-5-903232-10-9. Монография. - Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ». - 2008, стр.30-34.

Известный способ заключается в том, что гидрофон и излучатель располагают в испытательном бассейне, ориентируя гидрофон опорным направлением на излучатель, с помощью которого излучают сигнал заданной частоты, который принимают гидрофоном. Положение акустического центра гидрофона определяют по экспериментальной зависимости звукового давления Р от расстояния r между излучателем и гидрофоном. Для этого на гидрофоне устанавливают опорную точку (например, принимают в качестве опорной точки положение геометрического центра активного элемента гидрофона). Относительно этой точки устанавливают расстояния между излучателем и гидрофоном и измеряют зависимость Р(r). По полученным экспериментальным данным строят график зависимости Р-1(r) и прямую линию, дающую наилучшее приближение зависимости P-1(r). Точку пересечения полученной прямой оси расстояний используют для определения смещения опорной точки относительно акустического центра гидрофона.

Наилучшим образом известный способ проявляет себя на средних частотах, когда, с одной стороны, отношение сигнал/шум достаточно высокое, с другой стороны, малы искажения звукового поля, вызванные источниками рассеяния на преобразователях и подводных конструкциях системы позиционирования, а неточность системы позиционирования приводит к относительно небольшим ошибкам фазового угла чувствительности гидрофона. Использование экспериментальной зависимости звукового давления от расстояния может обеспечивать приемлемую точность определения положения акустического центра гидрофона для модуля чувствительности, при этом погрешность фазового угла на высоких частотах оказывается неприемлемо большой.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение отмеченного недостатка прототипа, т.е. повышение точности определения положения акустического центра гидрофона.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе, в котором гидрофон и излучатель располагают в испытательном бассейне, ориентируя гидрофон опорным направлением на излучатель, с помощью которого излучают сигнал заданной частоты, который принимают гидрофоном, после приема гидрофоном сигнала излучателя гидрофон поворачивают вокруг его оси на 180°, обеспечивая неизменность положения геометрического центра гидрофона относительно исходного положения, и ориентируют на излучатель направлением, противоположным опорному, при этом повторно излучают сигнал заданной частоты и принимают гидрофоном сигнал излучателя, затем определяют изменение временной задержки Δt сигнала, принятого гидрофоном до и после поворота на 180°, причем смещение Δr акустического центра гидрофона относительно геометрического центра в опорном направлении гидрофона вычисляют по формуле:

Δ r = c Δ t 2 ,

где с - скорость звука в воде.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема эксперимента по определению смещения акустического центра гидрофона относительно геометрического центра в опорном направлении гидрофона, на фиг.2 - осциллограмма для определения временной задержки Δt.

Существо способа заключается в том, что в измерительном бассейне (на чертеже не показан) располагают гидрофон и излучатель, при этом гидрофон ориентируют опорным направлением на излучатель.

Излучают сигнал заданной частоты, который принимают гидрофоном.

Затем гидрофон поворачивают вокруг его оси на 180° и ориентируют его на излучатель направлением, противоположным опорному. На чертеже указанный поворот изображен стрелкой. При повороте гидрофона принимают меры, исключающие смещение геометрического центра гидрофона относительно исходного положения. Так, например, для этих целей в гидрофон позиционируют по лучу лазера (Hayman G., Robinson S. Phase calibration of hydrophones by the free-field reciprocity method / Proc. of the 11th European Conference on Underwater Acoustics // Edinburgh, 2012, P.1437-1444).

Повторно излучают сигнал заданной частоты, принимают гидрофоном сигнал излучателя и определяют изменение временной задержки Δt сигнала, принятого гидрофоном до и после поворота на 180°, например, по осциллограмме (фиг.2).

Смещение Δr акустического центра относительно геометрического центра в опорном направлении гидрофона определяют по формуле.

Δ r = c Δ t 2 ,

где с - скорость звука в воде. Положение акустического центра гидрофона определяют по смещению Δr.

Определенное подобным способом положение акустического центра применяют в качестве опорного центра гидрофона при измерениях с использованием фазового угла чувствительности для акустического центра гидрофона.

Способ определения пространственного смещения акустического центра гидрофона относительно его геометрического центра, заключающийся в том, что гидрофон и излучатель располагают в испытательном бассейне, ориентируя гидрофон опорным направлением на излучатель, с помощью которого излучают сигнал заданной частоты, который принимают гидрофоном, отличающийся тем, что после приема гидрофоном сигнала излучателя гидрофон поворачивают вокруг его оси на 180°, обеспечивая неизменность положения геометрического центра гидрофона относительно исходного положения, и ориентируют на излучатель направлением, противоположным опорному, при этом повторно излучают сигнал заданной частоты и принимают гидрофоном сигнал излучателя, затем определяют изменение временной задержки Δt сигнала, принятого гидрофоном до и после поворота на 180°, причем смещение Δr акустического центра гидрофона относительно геометрического центра в опорном направлении гидрофона вычисляют по формуле:
Δ r = c Δ t 2 ,
где с - скорость звука в воде.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию широкополосных гидроакустических преобразователей и антенн, и может найти применение при проведении океанологических исследований, в качестве антенн навигационных, рыбопоисковых, и другого назначения гидроакустических станций, а также для систем звукоподводной связи.

Изобретение относится к области подводной техники и может быть использовано при проектировании и разработке доплеровских измерителей абсолютной скорости движения подводных объектов относительно дна.

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано при конструировании многоэлементных дискретных гидроакустических антенн. .

Изобретение относится к электроакустической подводной антенне согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию широкополосных гидроакустических преобразователей и антенн, и может найти применение при проведении океанологических исследований, в качестве антенн гидроакустических станций различного назначения, а также - для систем звукоподводной связи.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию гидроакустических преобразователей и антенн, и может найти применение при проведении океанологических исследований, в качестве антенн гидроакустических станций различного назначения, а также - для систем звукоподводной связи.

Гидрофон // 2393643
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях и океанах для измерения параметров морских шумов. .

Гидрофон // 2392767
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для измерений параметров гидроакустического шума в морских средах. .

Изобретения относятся к измерительной технике и метрологии и могут быть использованы для проверки работоспособности измерительных трактов (ИТ), работающих в тяжелых рабочих условиях. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является контроль работоспособности ИТ. Данный технический результат достигают за счет того, что на измерительный преобразователь (ИП) ИТ подают при отключенном ИП сначала первый тестовый сигнал (в виде сигналов белого шума), а затем второй, но другой спектральной плотности. Затем измеряют отклики ИТ на первый и второй тестовые сигналы. Если отклики на тестовые сигналы находятся в том же соотношении, что и сами тестовые сигналы, то диагностируют работоспособность ИТ. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области гидролокации и может быть использована при конструировании антенн гидролокационных станций. Технический результат состоит в создании технологичной конструкции гидролокационной фазированной антенной решетки с заданной полосой пропускания преобразователей и повышенным сроком службы. Для этого в гидролокационную фазированную антенную решетку с полимерным покрытием, содержащую пьезоэлементы, установленные на плоском основании в корпусе, и имеющую наружный герметизирующий слой со стороны ее рабочей поверхности, выполненный из звукопрозрачного полиуретана, между наружным герметизирующим слоем и рабочей поверхностью пьезоэлементов введено дополнительное композитное звукопрозрачное покрытие, выполненное из уретанового герметика, обладающее сдвиговыми потерями, добротность колебательной системы состоящей из пьезоэлемента и дополнительного звукопрозрачного слоя уменьшается, что ведет к расширению полосы пропускания. Величина полосы пропускания регулируется толщиной слоя из уретанового герметика величина которого лежит в пределах от λг/8 до λг/4, где λг - длина волны звука в материале герметика. Наружный герметизирующий слой адгезионно связан с дополнительным композитным звукопрозрачным покрытием и корпусом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к гидроакустической технике и предназначено для использования в многоканальных гидроакустических системах. Гидролокационные антенные решетки состоят из пьезокерамических элементов, содержат излучающую антенную решетку и приемную антенную решетку, каждая из которых выполнена в единой модульной конструкции. Гидролокационные антенные решетки изготовлены на основе единого металлического корпуса на основании которого с одной стороны закреплены пьезокерамические элементы, герметизированные звукопрозрачным полимерным покрытием, адгезионно связанным с основанием, а с противоположной стороны основания закреплены радиаторы тепловыделяющих электроэлементов многоканального генераторного устройства в излучающей антенной решетке и многоканального приемного устройства в приемной антенной решетке. Основание корпуса перфорировано круглыми сквозными отверстиями, что обеспечивает повышенный теплоотвод от радиаторов в окружающую среду за счет увеличения площади охлаждения и защиту пьезокерамических элементов от перегрева. Технический результат - обеспечение надежной работы антенных решеток при повышенном тепловыделении в малом замкнутом объеме модуля. 3 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики. Векторное приемное устройство содержит звукопрозрачную раму и векторный приемник, связанные между собой посредством подвеса. При этом подвес выполнен в виде замкнутого линейного элемента с распределенной по длине массой, закрепленного в двух точках на звукопрозрачной раме и двух точках на векторном приемнике, причем точки подвеса делят длину линейного элемента на четыре равные части, а замкнутый линейный элемент выполнен с равномерно распределенной по длине массой. Причем замкнутый линейный элемент выполнен в виде цепи из металлических или пластмассовых звеньев и обладает отрицательной плавучестью. При этом суммарная плавучесть подвеса и векторного приемника меньше или равна нулю. Технический результат - повышение точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при изготовлении многоэлементных приемных гидроакустических антенн. Предложена конструкция антенного модуля с цифровым выходом, содержащая однорядную (либо двухрядную) акустическую антенную решетку и герметичный контейнер, в котором размещен блок предварительной обработки сигналов (ПОС) с уплотнением информации и общий обтекатель с заливкой зазоров между антенной и обтекателем, а также между рядами антенны эластомером. В подобной единой конструкции антенна не связана механическими элементами крепления с корпусом носителя, что позволяет уменьшить уровень структурной помехи, попадающей на антенну, и создать целостность тыльного покрытия, расположенного на корпусе носителя. Заполнение зазора между обтекателем и антенной эластомером демпфирует обтекатель и уменьшает уровень изгибных волн, возникающих при воздействии на обтекатель помех гидродинамического происхождения. Эти обстоятельства в сочетании с повышенной помехозащищенностью антенного модуля при воздействии электромагнитной помехи (связанной с отсутствием соединительных кабелей между антенной и блоком ПОС) позволяют создать помехоустойчивую конструкцию, технологичную при изготовлении и установке на носитель, имеющую малое количество кабелей, входящих в основной корпус. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке направленных эффективных волноводных преобразователей для гидроакустических средств различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждение волноводного преобразователя включает процесс преобразования электрической энергии в энергию распространяющейся в упругом волноводе вытекающей волны. При этом возбуждение волны производят стержневым пьезопакетом, инверсно расположенным во внутреннем пространстве полого газозаполненного цилиндрического волновода, а инверсию фронта продольной волны в пространстве обеспечивают ее отражением от внешней ненагруженной поверхности согласующей накладки. Технический результат заключается в обеспечении направленного акустического поля с низким уровнем тыльного излучения, работе в широкой полосе частот с сохранением обратимости, высокой чувствительности и излучаемой мощности, значительном уменьшении массогабаритных характеристик. 2 н. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к метрологии, в частности к измерительным средствам, используемым в гидроакустике. Гидроакустический приемник содержит сферический корпус с элементами упругого подвеса, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых расстояниях от центра корпуса по трем взаимно ортогональным осям по два пьезоэлемента на каждый канал. Также устройство содержит регистраторы трех компонент колебательной скорости и звукового давления, сумматор, три вычитающих устройства и шесть предварительных усилителей, три из которых выполнены с регулируемым коэффициентом усиления. При этом все пьезоэлементы выполнены с одинаковой полярностью, в каждый канал входят предварительный усилитель и предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, положительные электроды каждой пары пьезоэлементов соединены через усилители с входами соответствующего вычитающего устройства и подключены к входам сумматора, а отрицательные соединены с землей. При этом выходы вычитающих устройств подключены к входам регистраторов, соответствующих компонент колебательной скорости, а выход сумматора - к регистратору звукового давления. Технический результат - упрощение конструкции. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области метрологии, а именно к методам обнаружения гидроакустических шумоизлучений. Способ обнаружения гидроакустических воздействий заключается в расположении гидроакустического приемного модуля гидрофона в натурном водоеме на якоре с поплавком, измерении приемным модулем параметров шумящего объекта при последующей обработке таких параметров на компьютере. В качестве приемного модуля гидрофона используют высокочувствительный датчик угловой скорости. Выполняют измерение величины угловой скорости, полученную информацию обрабатывают в вычислительном блоке и на ее основе определяют величины, характеризующие измеряемое гидроакустическое воздействие по математическому выражению: где t - время измерений; L - радиус поворота датчика; Ω ˙ - исходный сигнал волоконно-оптического гироскопа при измерении угловой скорости датчика; S - линейное смещение. Приемный модуль гидрофона может быть снабжен гибкой подвеской с якорем и постоянной длиной каната. Длина волокна гироскопа гидрофона - до 25 км. Технический результат - расширение диапазона обнаружения гидроакустических воздействий в низкочастотной области. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к конструкциям стержневых широкополосных пьезокерамических преобразователей, предназначенных для работы в составе антенн гидроакустических приемоизлучающих систем. Сущность: гидроакустический преобразователь содержит стержневой пьезокерамический блок элементов, тыльную и изгибно-колеблющуюся переднюю накладки, составной элемент армирования и стержневой элемент крепления, совмещенный с опорным фланцем, размещенным в узловой плоскости составного элемента армирования, и соединяющийся с силовым корпусом антенны. Передняя накладка выполнена в виде поршня с жесткой центральной частью в форме диска и упругой периферийной пластины. Армирующий элемент выполнен составным и разделен расположенным в его узловой плоскости опорным фланцем, жестко соединенным со стержневым элементом крепления, который размещается с зазором внутри цилиндрической части элемента армирования, выполненной в форме стакана и присоединенной к тыльной накладке. Дно стакана жестко соединено через опорный фланец со стержневой частью элемента армирования, присоединенной к передней накладке, а в зазоре между стержневым элементом крепления и тонкостенным цилиндром находится вязкоупругий элемент из акустически мягкого материала. Технический результат: обеспечение эффективной работы пьезокерамических преобразователей в широкой полосе частот до одной октавы с неравномерностью АЧХ не более 3 дБ при воздействии высокого гидроакустического давления до 15 МПа в воздухо-газозаполненном варианте конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам регистрации гидродинамических параметров. Способ предполагает регистрацию параметров гидродинамического воздействия с помощью расположенного в водоеме гидродинамического датчика и последующую обработку зарегистрированного сигнала. Приемный модуль выполнен с возможностью изменения углового положения под воздействием водной среды. Измеряют величину угловой скорости приемного модуля, полученную информацию обрабатывают и на ее основе определяют величины, характеризующие измеряемое гидродинамическое воздействие по заданному математическому выражению, учитывающему время измерений, радиус поворота датчика, сигнал волоконно-оптического гироскопа при измерении угловой скорости датчика. Находят линейное смещение, характеризующее гидродинамическое воздействие. В качестве датчика угловой скорости используют волоконно-оптический гироскоп, имеющий длину волокна до 25 км. В состав гироскопа входит лазер, оптическое волокно на катушке и фотоприемник. При этом лазер выполнен с возможностью введения в волокно двух встречных лучей, а угловая скорость фиксируется через разность фаз встречных лучей на выходе из катушки. Устройство также содержит гибкую подвеску, якорь и поплавок. Технический результат - повышение чувствительности датчика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх