Способ определения чувствительности по полю гидроакустического приемника

Авторы патента:

H04R29/00 - Контрольные устройства; испытательные устройства

Владельцы патента RU 2563603:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" (ФГУП "ВНИИФТРИ") (RU)

Изобретение относится к акустической метрологии, в частности к способу определения чувствительности гидроакустического приемника. Согласно способу излучатель, эталонный гидрофон с известной чувствительностью и градуируемый приемник располагают в бассейне с водой при известных расстояниях между излучателем и приемником и излучателем и опорным гидрофоном. Излучатель возбуждают электрическим сигналом и измеряют ток через излучатель и выходные напряжения приемника и опорного гидрофона. Определяют передаточные импедансы по полю пары излучатель - градуируемый приемник и пары излучатель - опорный гидрофон. Определяют чувствительность по полю градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формуле метода сличения. Чувствительность по полю гидроакустического приемника к векторным величинам гидроакустического поля определяют, основываясь на связи между звуковым давлением и измеряемой приемником векторной величиной в свободном поле сферической звуковой волны, пересчитывая результат к условиям плоской бегущей звуковой волны. Технический результат - повышение точности измерений за счет расширения контролируемого частотного диапазона. 1 ил.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для градуировки (определения чувствительности) по полю векторного гидроакустического приемника.

К настоящему времени благодаря совершенствованию конструкции векторных гидроакустических приемников частотный диапазон векторно-фазовых измерений удалось расширить до 12,5 кГц, что потребовало соответствующего расширения частотного диапазона и разработки новых методов градуировки векторных приемников.

Известен способ градуировки векторного гидроакустического приемника в поле стоячей звуковой волны, которое создают в вертикальном столбе жидкости, колеблющемся в жесткой акустической камере, имеющей вид открытой сверху трубы [1, 2].

Недостаток известного способа состоит в том, что его возможности ограничены частотой 1-2 кГц (так называемой критической частотой камеры). Попытки выполнить в камере градуировки на более высоких частотах приводят к значительному увеличению погрешности результата, что обусловлено как усложнением математической модели камеры, так и возрастающими с частотой искажениями звукового поля устанавливаемым в камеру градуируемым векторным приемником с его системой крепления.

За прототип принят способ определения чувствительности гидроакустического приемника звукового давления методом сравнения в свободном поле, который применяют на частотах от единиц килогерц и выше для градуировки гидрофона [3, 4]. Метод сравнения состоит в том, что градуируемый приемник и опорный гидрофон с известной чувствительностью подвергают воздействию звуковых давлений, одинаковых или связанных известной зависимостью.

Прототип заключается в расположении в измерительном бассейне с водой излучателя Р, опорного гидрофона Η с известной чувствительностью M_H и градуируемого приемника R при известных расстояниях r_PR между излучателем и приемником и r_PH между излучателем и опорным гидрофоном достаточно больших для формирования на приемнике и опорном гидрофоне локально-плоской сферической звуковой волны излучателя, возбуждении излучателя электрическим сигналом, измерении тока через излучатель и выходных напряжений приемника и опорного гидрофона, определении передаточных импедансов по полю Z_PR пары излучатель - градуируемый приемник и Z_PH пары излучатель - опорный гидрофон, определении чувствительности по полю M_R градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формуле

Недостатком прототипа является то, что способ позволяет определить только чувствительность к звуковому давлению (скалярной величине гидроакустического поля), поэтому его возможности сегодня ограничены градуировкой гидрофонов (гидроакустических приемников звукового давления).

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является расширение возможностей взятого за прототип способа определения чувствительности по полю гидроакустического приемника за счет обеспечения возможности градуировать по полю гидроакустический векторный приемник (приемник градиента и биградиента звукового давления, колебательной скорости и ускорения и т.п.) в расширенном до 12,5 кГц и выше частотном диапазоне.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе, заключающемся в расположении в измерительном бассейне с водой излучателя P, опорного гидрофона H с известной чувствительностью M_H и градуируемого приемника R при известных расстояниях r_PR между излучателем и приемником и r_PH между излучателем и опорным гидрофоном достаточно больших для формирования на приемнике и опорном гидрофоне локально-плоской сферической звуковой волны излучателя, возбуждении излучателя электрическим сигналом, измерении тока через излучатель и выходных напряжений приемника и опорного гидрофона, определении передаточных импедансов по полю Z_PR пары излучатель - градуируемый приемник и Z_PH пары излучатель - опорный гидрофон, определении чувствительности по полю M_R градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формуле

чувствительность $M_{R}^{'}$ по полю гидроакустического приемника к векторным величинам гидроакустического поля определяют по формуле

где для гидроакустического приемника градиента звукового давления, для приемника колебательной скорости частиц воды, k=2π/λ - волновое число, λ - длина звуковой волны, c - скорость звука в воде, ρ - плотность воды).

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема расположения преобразователей в измерительном бассейне при градуировке гидроакустического векторного приемника. Гидрофон H с известной частотной характеристикой чувствительности M_H (опорный гидрофон) и векторный гидроакустический приемник R располагают в измерительном бассейне на одной прямой с излучателем Р. Расстояния r_PH между гидрофоном и излучателем и r_PR между векторным приемником и излучателем выбирают такими, чтобы падающую на гидрофон и приемник сферическую волну излучателя можно считать локально плоской.

Возможность градуировки по полю векторного приемника методом сравнения с опорным гидрофоном поясним на примере приемника градиента звукового давления (ПГД).

В поле сферической волны звуковое давление пропорционально электрическому току через излучатель и изменяется обратно пропорционально расстоянию до излучателя. В точках, удаленных на расстояния r_PR и r_PH от излучателя, звуковые давления P_sph(r_PR) и P_sph(r_PH) связаны соотношением

где I_PR и I_PH - ток через излучатель при приеме сигнала излучателя ПГД и опорный гидрофон соответственно.

При этом на расстоянии r_PR от излучателя модуль градиента звукового давления связан со звуковым давлением P_sph(r_PR) соотношением [1]:

где k=2π/λ - волновое число, λ - длина звуковой волны, c - скорость звука в воде).

Для выходных напряжений ПГД U_R и опорного гидрофона U_H можем записать:

где M_R и M_H - соответственно чувствительность ПГД и опорного гидрофона.

В предположении, что чувствительность опорного гидрофона M_H известна, и учитывая соотношение (1) для звуковых давлений, из (2) и (3) получим выражение для чувствительности ПГД:

где $Z_{P R} = \frac{U_{R}}{I_{P R}}$ и $Z_{P H} = \frac{U_{H}}{I_{P Y}}$ - передаточные импедансы пары излучатель - ПГД и пары излучатель - опорный гидрофон соответственно.

Гидроакустический векторный приемник градуируют, основываясь на устанавливаемой теоретически и подтверждаемой экспериментально связи между звуковым давлением и измеряемой приемником векторной величиной гидроакустического поля, реализуемого в эксперименте. При измерениях в море векторный приемник находится на достаточном удалении от источника звука, и на него падает плоская бегущая звуковая волна. Поэтому при градуировке векторного приемника определяют чувствительность по полю, пересчитывая полученный результат к условиям, как если бы приемник находился в поле плоской бегущей звуковой волны.

Литература

1. Гордиенко В.А. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Физматлит, 2007. 480 с.

2. В.А. Гордиенко, Б.И. Гончаренко, С.С. Задорожный, М.В. Старкова. Расширение диапазона градуировки векторных приемников в неоднородном поле измерительных камер в сторону высоких частот // Акуст. журн. 2012, том 58, №5, с. 623-627.

3. Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения. / Пер. с англ. под ред. А.Н. Голенкова. М.: Мир. 1974.

4. МЭК 60565:2006 Гидроакустика. Гидрофоны. Калибровка в частотном диапазоне от 0,01 Гц до 1 МГц (IEC 60565:2006 Underwater acoustics - Hydrophones - Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1MHz).

Способ определения чувствительности по полю гидроакустического приемника, заключающийся в расположении в измерительном бассейне с водой излучателя Р, опорного гидрофона $H$ с известной чувствительностью M_H и градуируемого приемника R при известных расстояниях $r_{P R}^{}$ между излучателем и приемником и r_PH между излучателем и опорным гидрофоном, достаточно больших для формирования на приемнике и опорном гидрофоне локально-плоской сферической звуковой волны излучателя, возбуждении излучателя электрическим сигналом, измерении тока через излучатель и выходных напряжений приемника и опорного гидрофона, определении передаточных импедансов по полю Z_PR пары излучатель - градуируемый приемник и Z_PH пары излучатель - опорный гидрофон, определении чувствительности по полю M_R градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формуле

отличающийся тем, что чувствительность M′_R по полю гидроакустического приемника к векторным величинам гидроакустического поля определяют по формуле

где для гидроакустического приемника градиента звукового давления,
для приемника колебательной скорости частиц воды, $k = 2 π / λ$ - волновое число, $λ$ - длина звуковой волны, с - скорость звука в воде, $ρ$ - плотность воды).

Изобретение относится к способам контроля эффективности защиты речевого сигнала от утечки по техническим каналам. Технический результат заключается в повышении достоверности оценки защищенности речевой информации.

Способ определения работоспособности гидроакустического тракта в натурных условиях // 2540245

Изобретение относится к измерительной технике, метрологии и гидроакустике и может быть использовано для бездемонтажной проверки рабочего состояния гидроакустического тракта в натурных условиях.

Гидрофонный тракт с бездемонтажной проверкой его работоспособности // 2537749

Способ градуировки гидрофонов методом сличения // 2537746

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке гидрофонов (Г) в измерительном бассейне методом сличения. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности градуировки Г методом сличения при использовании тонально-импульсных сигналов.

Способ градуировки гидрофонов методом взаимности // 2535643

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке гидрофонов (Г) в измерительном бассейне методом взаимности. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности градуировки Г методом взаимности при использовании тонально-импульсных сигналов.

Способ контроля работоспособности измерительного тракта в натурных условиях и гидрофонный тракт для его реализации // 2526897

Изобретения относятся к измерительной технике и метрологии и могут быть использованы для проверки работоспособности измерительных трактов (ИТ), работающих в тяжелых рабочих условиях.

Способ определения фазового угла комплексной чувствительности гидрофона методом взаимности // 2509441

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для абсолютной комплексной градуировки гидрофонов (Г) по полю, в результате которой получают модуль и фазовый угол чувствительности Г для акустического центра Г.

Способ определения коэффициента передачи гидрофонного тракта в натурных условиях и гидрофонный тракт для его реализации // 2450479

Изобретение относится к гидроакустике. .

Система и способ для компенсации безынерционного нелинейного искажения в аудиопреобразователе // 2440692

Способ проверки пьезоэлектрического гидрофона без демонтажа с объекта установки // 2439841

Изобретение относится к области поверки пьезоэлектрических гидрофонов и определения возможности их дальнейшего использования без демонтажа с объекта эксплуатации.

Способ измерения комплексной частотной зависимости передаточного импеданса пары излучатель-приемник в свободном поле // 2568070

Изобретение относится к гидроакустической метрологии, в частности к способам измерения комплексной частотной характеристики передаточного импеданса системы излучатель-приемник. Излучатель и приемник располагают в бассейне, при этом приемник отнесен от излучателя на некоторое расстояние. Измеряют временные задержки сигналов излучателя, отраженных границами среды, относительно прямого сигнала излучателя. Возбуждают излучатель шумом в частотной полосе, ширину которой определяют исходя из значений временных задержек отраженных сигналов. Измеряют спектр мощности тока излучателя и взаимный спектр тока излучателя и выходного напряжения приемника, по отношению которых определяют комплексную частотную зависимость передаточного импеданса пары излучатель-приемник. Затем определяют комплексную частотную зависимость передаточного импеданса пары излучатель-приемник в свободном поле скользящим комплексным взвешенным усреднением в установленном частотном окне комплексной частотной зависимости передаточного импеданса пары в реверберационном поле среды с отражающими границами с использованием взвешивающей функции, которую получают исходя из значений временных задержек отраженных сигналов. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника // 2573446

Изобретение относится к гидроакустике. Стенд содержит излучатель, обратимый преобразователь и градуируемый гидроакустический приемник, которые расположены в измерительном бассейне на одной прямой и разнесены в пространстве относительно друг друга на определенное расстояние. Излучатель и обратимый преобразователь поочередно возбуждают электрическим сигналом и определяют передаточные импедансы по полю пары излучатель - градуируемый приемник, пары излучатель - обратимый преобразователь и пары обратимый преобразователь - градуируемый приемник. Вычисляют амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики чувствительности по полю градуируемого гидроакустического приемника к звуковому давлению по формуле метода взаимности. Амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики чувствительности по полю гидроакустического приемника к векторным величинам гидроакустического поля определяют по формулам . Технический результат - расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Устройство адаптера аудиосигнала, система обнаружения интерфейса адаптера аудиосигнала и маркер электронной подписи // 2591226

Изобретение относится к области акустики, в частности к средствам адаптации звуковых сигналов. Адаптер содержит первый и второй интерфейсы, усилитель аудиосигнала и контур полного сопротивления. Первый интерфейс состоит из контакта приема аудиосигнала, контакта микрофона и контакта заземления. Второй интерфейс имеет выходной контакт аудиосигнала. Контур усиления аудиосигнала настроен на усиление аудиосигнала, принимаемого контактом приема аудиосигнала. Аудиосигнал, принимаемый контактом приема аудиосигнала, поступает на контакт микрофона или контакт заземления через эквивалентное сопротивление контура усиления аудиосигнала. Контур сопротивления соединяет контакт микрофона и контакт заземления. Также система содержит средство обнаружения интерфейса, которое имеет собственный интерфейс. Интерфейс устройства обнаружения содержит выходной контакт сигнала обнаружения, контакт заземления и входной контакт обнаружения. Выводной контакт обнаружения подключен к первому интерфейсу адаптера, контакт заземления интерфейса обнаружения соединен с контактом микрофона устройства адаптера аудиосигнала. Технический результат - обеспечение возможности автоматического различения типа аудиоштекера. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Оценка изолирующих качеств обтуратора для ушного канала // 2606171

Изобретение относится к акустике, в частности к средствам измерения звукоизолирующих свойств обтураторов. Устройство содержит микрофон ушного канала, приемник, контур предварительной обработки, блок преобразования частоты, блок оценки качества изоляции. При этом определение показателя качества изоляции выполняется на основе Фурье-анализа с получением частотного спектра сигналов. Затем выполняется сравнение уровней сигнала в первом и втором частотных диапазонах. Показание качества изоляции вычисляется при обнаружении усиления низких частот, либо при изменении величины частотного спектра, либо при вычислении градиента измеренной величины как функции частоты. При этом в качестве тестовых сигналов используют звуки, издаваемые телом человека. В случае несоответствия измеренных характеристик установленным требованиям, формируется сигнал оповещения. Технический результат – снижение габаритных размеров устройства, повышение энергосбережения, повышение точности оценки показателей качества звукоизоляции. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ настройки максимальной чувствительности волоконно-оптического гидрофона // 2610382

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам калибровки гидрофонов. Способ настройки максимальной чувствительности волоконно-оптического гидрофона предполагает подачу света по волоконно-оптической линии к микромембране, с последующим приемом отраженного света фотоприемником. При этом используют модулированный по амплитуде и по частоте свет, формируют модулированным лазерным излучением сигнал с частотой модуляций, близкой к резонансной частоте микромембраны, которым возбуждают вынужденные колебания микромембраны; измеряют резонансную частоту микромембраны ν, затем при постоянной мощности изменяют длину волны излучения от источника света в пределах, превышающих спектральную ширину свободной дисперсии интерферометра Фабри-Перо, согласно математическому выражению, учитывающему расстояние от отражающей поверхности микромембраны до торцевой поверхности одномодового волоконного световода H0, и показатель преломления среды n. Затем измеряют экстремальные значения длины волны λmax и λmin излучения, соответствующие выходным сигналам, вычисляют среднее значение, изменяют длину волны излучения до длины волны λk, соответствующей среднему значению Uср выходного сигнала. Технический результат – повышение чувствительности гидрофона. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ измерения мощности ультразвукового излучения // 2610879

Изобретение относится к метрологии. Согласно способу измерения мощности на излучающую поверхность ультразвукового преобразователя устанавливают два идентичных тестовых образца, на каждом из которых крепят термочувствительный элемент. Подают на ультразвуковой преобразователь возбуждающий электрический сигнал, регистрируют сигналы с термочувствительных элементов. При этом образцы соединены с преобразователем таким образом, что первая излучающая поверхность ультразвукового преобразователя находится в тепловом и акустическом контакте с поверхностью первого тестового образца, а вторая излучающая поверхность ультразвукового преобразователя находится только в тепловом контакте с поверхностью второго тестового образца. Регистрацию сигналов температуры производят в точках соответственно первого и второго тестовых образцов, расположенных симметрично и на одинаковом расстоянии относительно соответственно первой и второй излучающих поверхностей ультразвукового преобразователя, а значение акустической мощности, излучаемой в первый тестовый образец, определяют по результатам измерений значений температуры. Технический результат – повышение точности измерений. 2 ил.

Блок модели уха, искусственная голова и измерительное устройство и способ, использующие упомянутые блок модели уха и искусственную голову // 2613595

Изобретение относится к виброакустической метрологии. Измерительное устройство содержит средство генерирования вибрации, удерживаемое на голове манекена. Голова манекена снабжена искусственным ухом, имитирующим человеческое ухо. Устройство также содержит детектор вибраций, расположенный в ухе, и микрофон. Устройство также снабжено искусственной барабанной перепонкой с размещенными в ней датчиками. Манекен также имеет искусственный наружный слуховой проход, при этом модель человеческого уха выполнена из материала, такого как резина. Материал, используемый для модели уха, удовлетворяет требованиям IEC 60318-7 или IEC 60268-7, или представляет собой материал, обладающий твердостью по Шору от 30 до 60. Модель уха также имеет ушную раковину. Устройство излучения вибраций и звука удерживается в ушной раковине или в отверстии слухового прохода. Наружный слуховой проход имеет длину от 5 мм до 40 мм. Искусственное ухо выполнено с возможностью прикрепляться или сниматься с головы манекена. Крепление выполняется с возможностью сцепления или приварения к блоку искусственного наружного слухового прохода. Модель уха и искусственный наружный слуховой проход выполнены в виде единой целой детали из одного материала. Технический результат – обеспечение более детального и точного исследования особенностей передачи звука как костной проводимости, так и воздушной проводимости. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ измерения разборчивости речи // 2620569

Изобретение относится к измерению разборчивости речи и предназначено для оценки защиты объектов от несанкционированной утечки акустической речевой информации (АРИ). Техническим результатом является уменьшение времени и повышение точности вычисления уровня разборчивости речи за счет применения пространственно-распределенного преобразователя акустического сигнала (ПРП АС). Для вычисления соотношения сигнал/шум в выделенном помещении (ВП) с источником АРИ применяют ПРП АС, проложенный внутри ВП любой формы и представленный оптическим волокном, с подключенным к нему измерительным модулем. Передатчиком измерительного модуля излучают измерительные импульсные сигналы с периодом Т, а приемником принимают акустически модулированную последовательность отраженных измерительных импульсных сигналов от различных заданных К точек ВП, идентифицируемых временем возврата отраженных измерительных импульсных сигналов tk. Демодулируют акустическую составляющую принятых отраженных измерительных импульсных сигналов от различных К точек ВП с источником АРИ, вычисляют соотношения сигнал/шум в них. Строят вариационный ряд значений соотношения сигнал/шум, выбирают старший член вариационного ряда для вычисления уровня разборчивости речи. 5 ил.

Способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя // 2620772

Изобретение относится к области метрологии гидроакустических измерений и может быть использовано для градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя. Предложен способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающийся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, определении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), определении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье Ss(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, определении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, определении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Mг(f) в диапазоне частот градуировки по формуле где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучателем в свободном поле на расстоянии R от излучателя, отличающийся тем, что в качестве сигнала возбуждения излучателя применяют линейно-частотно-модулированный сигнал, регистрируют мгновенные значения напряжения на выходе гидрофона, определяют синфазную Us(f) и квадратурную Uс(f) составляющие частотной зависимости напряжения гидрофона, преобразование Фурье применяют отдельно к синфазной и к квадратурной составляющим и определяют зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ), определяют зависимости S's(τ) и S'c(τ) обнулением соответственно в Ss(τ) и Sc(τ) коэффициентов, относящихся к отраженным сигналам, определяют синфазную U's(f) и квадратурную U'c(f) составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле обратным преобразованием Фурье S's(τ) и S'c(τ), а частотную зависимость амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) определяют по формуле Далее чувствительность градуируемости гидрофона определяют по формуле (1). 4 ил.

Модель уха, искусственная голова и измерительная система и способ измерения с использованием модели уха и искусственной головы // 2642164

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустической метрологии. Измерительная система для оценивания акустического устройства, причем акустическое устройство позволяет пользователю слышать звук посредством вибрации вибрирующего элемента, система содержит модель уха, включающую в себя искусственное ухо, смоделированное в соответствии с ухом человека, и искусственный наружный слуховой проход, составляющий единое целое с искусственным ухом, и микрофон. Благодаря тому, что акустическое устройство находится в состоянии контакта с искусственным ухом, вибрация передается от искусственного уха к искусственному наружному слуховому проходу. Причем твердость по Шору искусственного наружного слухового прохода составляет от 20 до 60. При этом микрофон располагается на конце искусственного наружного слухового прохода. Искусственный наружный слуховой проход присоединен к трубчатому участку. Модель уха присоединена к модели головы. Модель уха включает в себя участок, выполненный из материала, отвечающего IEC 60318-7. Модель уха дополнительно включает в себя искусственный хрящ, заглубленный в искусственном ухе, и искусственный хрящ находится в положении, соответствующем козелку в искусственном ухе. Технический результат – повышение эффективности измерений. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.