нала происходит по экспоненте, и система асимптотически приближается к установившемуся состоянию. Однако практически амплитуда достигает 95,57о установившегося значения через Q периодов и 99% через 1,5Q периодов (рис. 3.57). Первое из этих условий выбрано в качестве удобного и достаточно точного критерия установившегося состояния.

Следуюш,ее требование к длине импульса состоит в том, чтобы все части поверхности чувствительного элемента гидрофона достигали установившегося режима до окончания импульса. В случае большого излучателя это означает, что сигнал от всех его частей должен достигнуть установившегося состояния в месте расположения гидрофона. В типичном случае измерения чувствительности точечного гидрофона в поле поршневого излучателя это требование не приводит к увеличению длины импульса, если выполнен критерий минимального расстояния, определяемый неравенством (3.12). При измерении диаграммы направленности или при измерении чувствительности в ориентации 90 или 270° длина импульса, равная Q периодам, должна быть увеличена на диаметр поршня (рис. 3.59).

После выключения импульсного возбуждения система продолжает колебаться («звенеть») на собственной, или резонансной, частоте. Звон спадает экспоненциально с той же скоростью, с которой нарастал сигнал. Длительность нарастания импульса равна длительности последующего спада, если в промежутке между.ними было достигнуто установившееся состояние и если Q системы не изменяется в процессе стробирования.

Импульсы .повторяются через регулярные интервалы. Частота повторения импульсов должна быть достаточно низкой, чтобы отражения и реверберация затухли между импульсами. С другой стороны, частота повторения должна быть достаточно высокой, для того чтобы измеритель или самописец могли работать без дрожания. Постоянная времени записывающей системы обычно достаточно мала при частотах повторения импульсов больше 10 Гц. Эти противоречивые требования к частоте повторения импульсов заставляют применять импульсный режим

I в условиях заглушённых бассейнов. Без использования акустического поглотителя на стенках, ускоряющего диссипацию акустической энергии, в небольших бассейнах пришлось бы приме,-

, пять очень малые частоты повторения импульсов.

Импульсы формируются с помощью модулятора или строби-рующей схемы в тракте излучения, как показано на рис. 3.26. В приемный тракт соответственно этому включается блок им-

пульсного стробирования приемника, показанный на том же рисунке. Приемный строб-импульс имеет меньшую длительность, чем строб-импульс излучения. Это делается для того, чтобы при-

1нимать и измерять только установившуюся часть импульса.

Импульсный режим градуировки не имеет верхней граничной частоты. В общем чем выше частота, тем легче его реализовать. Однако на низких частотах имеется четкий предел. Ми- . нимальное число периодов в одном импульсе зависит от совершенства используемого способа и измерительной- установки. Допустим, что один период есть типичный минимум длительности импульса. Длительность импульса на частоте 1 кГц будет равна 1 МС, а-его длина в воде будет равна 1,5 м. Если при этом разность между прямым путем излучатель-гидрофон и путем прихода первого отражения менее 1,5 м, то прямой и отраженный импульсы будут накладываться друг на друга и интерферировать в точке расположения гидрофона. Отсюда видно, что при данной геометрии взаимного расположения преобразователей и граничных поверхностей в волновых ходах существует низкочастотный предел для реализации импульсного режима градуировки. В типичных случаях этот предел меняется от 500 до 5000 Гц.

Большинотво трудностей импульсного режима градуировки связано с тем, что импульсный сигнал содержит не одну основную, или несущую, частоту, а спектр частот, а также с тем, что преобразователи и некоторые электронные устройства измерительных установок имеют недостаточно плоскую частотную характеристику и не вполне обеспечивают высокое качество воспроизведения сигнала. Детальный анализ спектров импульсов имеется в работах [12-14], и здесь мы рассмотрим только его основы. Спектр импульса зависит от 1) основной, или несущей, частоты, 2) формы импульса, 3) длительности импульса, 4) частоты повторения импульсов и 5) переднего и заднего фронтов импульса.

Стробирующая схема в тракте излучения, показанная на рис. 3.26, модулирует амплитуду несущей каким-либо сигналом. Если для модуляции служит прямоугольный сигнал, то в результате получается импульс, показанный графически на рис. 3.32. Математически в результате модуляции синусоидальным сигналом появляются составляющие трех разных частот. Если /о - несущая частота, а fi-частота модуляции, то промо-дулированный. сигнал состоит из 1) несущей частоты fo, 2) верхней боковой полосы fo-bfi и 3) нижней боковой полосы fo-fi. Если модулирующий сигнал состоит из спектра частот f\+f2 + +h+..; то модулированный сигнал будет состоять из целого спектра верхних боковых частот fo+fi, fo+f2, fo+fs и т. д. и.из целого спектра нижних боковых частот fo -fi, fo - f2, fo - fs

и t. д.

Иногда используют импульсы других форм: пилообразные, треугольные, куполообразные, меняющиеся по закону квадрата косинусаи т. д. В подводных электроакустических измерениях обычно используют сигнал модуляции, состоящий из .периоди-

ческой последовательности прямоугольных импульсов, показанных на рис. 3.32, б. Согласно теореме Фурье, любая периодическая функция эквивалентна сумме простых гармонических, функций, частоты которых кратны частоте повторения данной функции. Таким образом, если Т--период заданной функции, а t - время, то

/(О=Ло-1-Л1 cosш+Лгcos2№-(-ЛзcosSco-f . ..-l--f isinto-l-2Sin2to-f gSinSto-f ..., (3.22)

где w = 2n/T, a An 11 B„ - постоянные, во многих случаях равные нулю. Физически это означает, что прямоугольный сигнал имеет спектр из синусоидальных волн. Этот спектр образует боковые частоты в прямоугольном импульсном сигнале.

Модулированный сигнал, показанный на рис. 3.32, в, является типичным электрическим сигналом на выходе стробируемого блока (см. рис. 3.26) перед искажением, обусловленным узкой полосой пропускания, определяемой добротностью Q преобразователя. Спектр такого сигнала показан на рис. 3.33. Огибающая амплитуд спектральных линий определяется длительностью импульса т (кроме формы импульса). Длинные импульсы (с большим г)

имеют узкие спектры с центром на частоте fo. Бесконечно большое т эквивалентно непрерывному сигналу, а огибающая в пределе превращается в одну линию на частоте fo-Аналогично этому случай т=Г соответствует непрерывной волне, потому что все боковые спектральные линии попадают в точки пересечения нулевой линии, или все An и 5„ в уравнении (3.22), за исключением Ai и Bi, равны нулю; остается только частота fo- Короткие импульсы (малые т) приводят к расширению спектра-

При малых частотах повторения (больших значениях Т) в спектре возникает множество близко расположенных спектральных линий- Участок спектра между fo-1/т и .fo-Ы/т

Рис. 3.32. Прямоугольные импульсы (е), полученные в результате амплитудной модуляции непрерывного сигнала (а) с помощью прямоугольного (б). т - длительность импульса, Т - период повторения импульсов.