Для осуществления таких измерений необходимо возбуждать преобразователь, включая его в «неизвестное» плечо импедан-сного моста, и использовать импульсные звуковые сигналы. Соотношение между Zt, Zf и Д2 показано на рис. 2.8. Фаза AZ, или етн1т, переменна и произвольна, ибо она зависит от расстояния, проходимого звуковым импульсом, а последнее равно двойному расстоянию от излучателя до отражателя, которое входит в /. Поэтому можно сделать так, чтобы Д2 представляло собой простое изменение только активного сопротивления (или только реактивного), и свести всю градуировку к повороту одной ручки на импедансном мосте. Влияние сигнала отраженного импульса на импеданс преобразователя приводит к тому же эффекту, что и стоячая волна в среде. Метод импеданса осуществим только тогда, когда Д2 достаточно велико, чтобы его можно было измерить как разность Zt - Zf. На практике это условие выполняется в области частот вблизи резонанса преобразователя, где внесенный импеданс можно отделить от импеданса заторможенного преобразователя.

В импедансной разновидности этого метода отражателем должна служить гладкая плоская поверхность и расстояние отражатель-преобразователь должно быть строго постоянным, так как фаза импеданса чувствительна к малым, изменениям геометрии. В импульсной разновидности фаза не участвует и геометрия не играет такой важной роли. Кроме того, при использовании импульсов можно произвести несколько измерений и осуществить усреднение. Паттерсон [14] в качестве отражателя в методе самовзаимности использовал поверхность океана, а преобразователь был подвешен на глубине 360 м. Волны на поверхности океана имели высоту 30 см. Длина волны сигнала была 10 м (1,78 кГц). Было сделано 68 отдельных измерений. Хотя не проводилось сравнения с другим независимым методом, оценки показывают, что для натурных условий измерений в океане методом самовзаимности можно получить точность градуировки ±2 дБ.

Рис. 2.8. Диаграмма импедансов, показанных на рис. 2.7.

2.3.4. Метод взаимности в цилиндрической волне

Метод взаимности в цилиндрической волне - это градуировка, проводимая в специальных условиях, когда между излучателем и гидрофоном распространяются только цилиндрические волны. Такое условие выполняется между двумя длинными параллельными линейными или тонкими цилиндрическими преобразователями (рис. 2.9). Расстояние между двумя линиями должно быть достаточно малым, чтобы гидрофон находился в ближнем поле излучателя, где звуковая энергия распространяется с двумерным расхождением. Звуковое давление на линейном гидрофоне меняется от точки к точке, но давление, усредненное вдоль линии, обратно пропорционально расстоянию d. Цилиндрические волны существуют в области kl2<.d<LIk, где L - длина линии. Используется обычная система трех преобразователей, процедура стандартного метода взаимности (рис. 2.5) и то же соотношение (2.17), но параметр взаимности становится другим. Параметр взаимности для цилиндрической волны выведен Боббером и Сэ-бином [15]:

--10-7. (2.24)

Рис. 2.9. Электроакустическая система с ци-

линдриче.ской волной. 1 - «линейный» преобразователь, 2 - цилиндрические волны.

Чувствительность в режиме приема, которая

измеряется, равна М=еос1рс, где-рс означает звуковое давление, усредненное вдоль оси гидрофона.

Воздействие среднего давления на идеальный линейный гидрофон, т. е. на цилиндрический гидрофон бесконечно малого диаметра, в цилиндрической волне неотличимо от воздействия плоской волны, поэтому измеренная чувствительность в режиме приема совпадает с чувствительностью гидрофона в свободном поле. Чувствительность в режиме излучения равна pdi; и она, естественно, отличается от чувствительности по току в режиме излучения в свободном поле.

Метод взаимности в цилиндрической волне представляет собой частный метод и имеет ограниченное практическое применение. Он нашел применение при градуировке в ближнем поле, разработанной Троттом и описанной в гл. IV. Его также можно объединить" с. методом самовзаимности, и в этом случае формула для чувствительности гидрофона принимает вид

(2.25)

2.3.5. Метод взаимности в плоской волне

При методе взаимности в плоской волне градуиро5ка проводится в особых условиях, когда между излучателем и гидрофоном распространяются только плоские бегущие волны. Это условие выполняется, например, между двумя большими поршневыми преобразователями, показанными на рис. 2.10. Расстояние между двумя преобразователями должно быть достаточно мало, чтобы гидрофон находился в ближнем поле излучателя. В ближнем поле большого поршневого преобразователя звук

Излучатель

Гидрофон

Плвсше волны

Рис. 2.10. Плоские волны между двумя близко расположенными поршневыми преобразователями, диафрагмы которых параллельны.

распространяется нерасходящимся, или коллимированным, пучком. Хотя звуковое давление изменяется от точки к точке, среднее давление в любой плоскости, параллельной излучающей поверхности поршня, одинаково. Следовательно, звуковая энергия в ближнем поле распространяется- в форме плоских бегущих волн. Эта эффективная область плоской волны простирается на расстояние d=rlk от излучателя, где г - радиус поршня и "к--длина волны. Для некруглых поршней за г можно принимать половину наименьшего размера. Расстояние d не может быть меньше, чем несколько длин волн, так как применяется импульсный режим для устранения стоячих волн.

Рис. 2.10 соответствует также условиям распространения звука в трубе с жесткими стенками. Преобразователи перекрывают поперечное сечение трубы, и между ними распространяются плоские волны.

И на этот раз при градуировке методом взаимности в плоской волне используются система трех преобразователей, показанная на рис. 2.5, и формула (2.17). Однако параметр взаимности здесь другой; он получен Симмонсом и Юриком [16]:

У,= . ЮЛ (2.26)