-т-------

ВМС) разработала метод градуировки гидролокационных станций [7].

Принцип взаимности используется в ряде модификации градуировки этим методом. Если термин «градуировка методом взаимности» используется в гидроакустике в широком смысле, то имеется в виду наиболее распространенная модификация этого метода, которая в дальнейшем будет называться стандартным методом взаимности. Более полным названием для этой модификации было бы «метод взаимности с тремя преобразователями в сферической волне».

Все методы, взаимности основываются на том, что один из электроакустических преобразователей является взаимным и для него отношение чувствительности в режиме приема М к чувствительности в режиме излучения 5 равно постоянной величине /, называемой параметром взаимности. Этот параметр зависит от свойств акустической среды, частоты и граничных условий, но не зависит от типа и деталей конструкции преобразователя.

Чтобы преобразователь был взаимным, он должен быть линейным, пассивным и обратимым. Однако не все линейные, пассивные и обратимые преобразователи являются взаимными [8]; примером служит преобразователь, содержащий и пьезоэлектрические, и магнитострикционные элементы [9]. Хотя большинство обычных преобразователей (т. е. пьезоэлектрические, пьезокерамические, магнитострикционные, электродинамические и т. д.) при номинальных уровнях сигнала являются взаимными, для надежности градуировки необходимо иметь какое-либо подтверждение того, что обратимый взаимный преобразователь действительно взаимен. К сожалению, не имеется абсолютно достоверного способа определения этого свойства, но есть способы подтверждения того, что вероятность взаимности преобразователя близка к единице.

Способ, который удобно использовать в обычной процедуре градуировки методом взаимности, называют просто проверкой взаимности. Рассмотрим два обратимых преобразователя Г, .и Т2, помещенные в произвольных положениях в одну и ту же среду. Возбудим Ti током ii и измерим выходное напряжение холостого хода ег У Т2. Не меняя положений преобразователей и граничных условий, -изменим направление распространения сигнала, -т. е. возбудим Т2 током 12 и измерим выходное напряжение ei у Ti. Если система, состоящая из двух преобразователей, водной среды и ее границ, взаимна, то 62/4 = 61/12. Из Этого равенства не следует обязательно, что вся система и ее отдельные части взаимны, но это разумное практическое подтверждение взаимности,системы, если Ti и Т2 - преобразователи разнородные. Если используются разнородные преобразователи,

ТО ОНИ, конечно, не могут оба быть невзаимными, но отношения esAi и ei/J2 случайно оказываются равными; так было бы, например, если бы оба преобразователя были одинаково нелинейными. Как мы увидим, эти контрольные измерения легко скомбинировать с обязательными измерениями при градуировке гидрофонов обычным методом взаимности.

В другом методе гидрофон градуируется методом взаимности, а HO-fOM еще одним из нескольких независимых методов, описанных в этой главе. Если результаты градуировок получаются одинаковыми, то это свидетельствует о правильности предпосылок обоих методов. Среди них имеется и предположение о взаимности преобразователя. Однако не следует забывать, что согласие результатов измерений является свидетельством, но не доказательством! Оба метода могут быть ошибочными, но ошибки могут случайно скомпенсироваться.

Две из обсуждаемых ниже модификаций метода взаимности - метод двух преобразователей и метод самовзаимности - являются частными случаями стандартного метода взаимности. Остальные модификации требуют специальных граничных условий. При этом определения М, S отличаются от их определений для условий свободного поля. Поскольку S зависит от среды и ее граничных условий сильнее, чем М, то отличается обычно именно S. Можно показать, что параметр взаимности / в каждом случае есть отношение объемной скорости, создаваемой взаимным преобразователем, к звуковому давлению, используемому в определении S [10]. Последним может быть, например, давление в точке на оси преобразователя на расстоянии 1 м от него.-Таким образом, параметр взаимности является передаточной акустической проводимостью системы.

2.3.1. Стандартный метод взаимности

При градуировке стандартным методом взаимности необходимо иметь три преобразователя. Один из них является только излучателем Р, другой- взаимным преобразователем Т и служит как излучателем, так и звукоприемником, а третий служит только гидрофоном Н.

Любой из трех преобразователей может быть градуируемым. Однако формула обычно выводится для чувствительности гидрофона в свободном поле Мн. Измерения производятся в дальней зоне свободного поля, так что на гидрофон падают только сферические волны, создаваемые излучателем.

Расположение преобразователей и производимые измерения схематически показаны на рис. 2.5. Только первые три из показанных измерений (а, бив) необходимы для градуировки. Чувствительность Мн гидрофона по напряжению в свободном полеопре-

деляется из первых трех измерений следующим образом. Звуковое давление в свободном поле рр, создаваемое излучателем Р в точке Я или Т на расстоянии di см от Р, равно ipSpdofdi, где Sp - чувствительность Р по току в режиме излучения, а do - опорное расстояние (в см), на котором нормируется давление при определении Sp (обычно 100 см). Тогда

epH=MHPp=MHipSpdoldu (2.10)

epT=MjPp=MjipSp dojdi, (2.11)

где Мт - чувствительность преобразователя Т по напряжению в свободном поле. Из (2.10) и (2.11) имеем

ерн1ергМн1Мг. (2.12)

Входной ,, г- Выкобное

тон "Р напряжение • •

6 h- (g) - (?)

г h-* Q -*-Q --- етр

Рис. 2.5. Схема трех измерений (а, б и е) при градуировке методом взаимности и четвертого измерения (г) для проверки -взаимности обратимого преобразователя Т. Изл. - излучатель, гидр. - гидрофон.

Если Г-взаимный преобразователь, то

Ж,/5,=У. " (2.13)

и из (2.12) и (2.13)

MH=JSrepH\epT (2.14)

Звуковое давление в свободном поле рт, создаваемое преобразователем Т в точке Н на расстоянии di см от Т, равно hSTdo/di, где St - чувствительность преобразователя Т по току в режиме излучения. Тогда

ejH=MHPT=MHirSjdold, (2.15)

и из (2.14) и (2.15)

Spj ij do

(2.16)

Параметр взаимности / известен из литературы [5, 11] и равен (2do/pf) • 10~, где р - плотность среды в г/см, f - частота в Гц.