4.6. МЕТОДИКА ГРАДУИРОВКИ

Для непосредственного измерения амплитуды и фазы давления в методе DRL требуется использование гидрофона-зонда с известной чувствительностью. Измеренные значения подставляются в уравнение (4.4) вместо p(Q) в виде \р\е~",гле 6 - фазовый угол в радианах. Фазовый угол измеряется относительно произвольного опорного сигнала. Чтобы избежать ошибок, обусловленных нестабильностью электронного генератора, возбуждающего преобразователь, в качестве опорного фазового сигнала следует выбирать входной сигнал преобразователя. Кроме \р\е~ измеряются соответствующие углы и размеры, необходимые для определения р и г в уравнении (4.4). Величину г нельзя считать постоянной в фазовом множителе типа е". Для нахождения волнового числа k=(x)lc нужно знать скорость звука и частоту. Вычисления по (4.4) позволяют рассчитать в абсолютных единицах создаваемое в дальнем поле звуковое давление и определить уровень излучателя или его чувствительность, а в относительных единицах получить характеристику -направленности. (Уровень излучателя - это мера выходного давления излучателя гидроакустической станции на расстоянии I м безотносительно от его входного параметра - например, напряжения или тока.)

Электроакустическая система, используемая в методе DRL, может быть линейной, пассивной и взаимной. Теоретически зондом может служить градуированный излучатель, а градуируемым преобразователем - гидрофон. Уравнение (4.4) можно привести к виду, удобному для расчета чувствительности по напряжению в свободном поле. Такой метод не используется из-за практических трудностей, связанных с градуировкой и применением зондового излучателя". В любом случае легче было бы проверить с помощью независимого измерения, является ли градуируемый преобразователь взаимным, а затем рассчитать его-чувствительность по напряжению в свободном поле, зная чувствительность по току в режиме излучения и параметр взаимности для сферической волны.

Методика градуировки с использованием решетки Тротта по существу не отличается от обычных измерений, рассмотренных в разд. 2.2.1 и 2.2.2. Чувствительность градуируемого преобразователя по напряжению в свободном поле Мх определяется, с помощью простой градуировки методом сравнения. Решетка Тротта используется в качестве излучателя. Градуируемый и образцовый гидрофоны по очереди помещаются в однородную плоскую бегущую волну в ближнем поле решетки. Тогда

Л1,= (Жя/ея)е., (4.16),

246 Гл. IV. Методы ближнего тюля

где Мн - чувствительность образцового гидрофона по напряжению в свободном поле, вн и - напряжения холостого хода образцового и градуируемого гидрофонов соответственно. Если размеры градуируемого преобразователя велики, а образцового гидрофона малы, то вц необходимо измерить в нескольких точках ближнего поля решетки и взять усредненное значение. Повторных усреднений можно избежать, если чувствительность Sa. решетки Тротта по току в режиме излучения для плоской волны в ближнем поле определить путем зондирования ближнего поля образцовым гидрофоном с чувствительностью Мн. Тогда

5=, (4.17)

где Ia. - входной ток решетки. При использовании решетки в качестве образцового излучателя имеем

M.bSaSa- (4.18)

Если градуируемый преобразователь является взаимным, то его чувствительность Sx по току в режиме излучения можно найти измерением Мх и последующим расчетом Sx из стандартного соотношения взаимности для сферической волны: MJSx=Js = 2dX/pc (см. рис. 3.70). Для определения взаимности градуируемого преобразователя, как и при измерениях стандартным методом взаимности, можно воспользоваться проверкой, рассмотренной в разд. 2.3. Это значит, что градуируемый преобразователь можно возбуждать током ix и измерять выходное напряжение решетки е.. Если при этом eA/ix=exliA, то оба преобразователя взаимны.

Если градуируется невзаимный излучатель, то его чувствительность по току в режиме излучения Sx определяется из формулы Тротта [17]

S.=eAlhSAJs. (4.19)

Произведение SaJs эквивалентно чувствительности решетки в режиме приема, которую математически можно определить как MaSaJs- Тогда уравнение (4.19) примет вид

5.=4. • (4.20)

аналогичный виду уравнения (4.17). Следовательно, решетку можно использовать как образцовый гидрофон с чувствительностью Ма- Тротту не удалось достичь этой стадии, поскольку словесное определение Ма неудобно и может привести скорее к путанице, нежели к разъяснению. Это словесное определение величины Ма звучит так: отношение выходного напряжения холостого хода решетки к звуковому давлению в дальнем поле, при-

веденному к расстоянию 1 м и создаваемому излучателем, помещенным в область плоской волны в ближнем поле решетки.

Из вышесказанного очевидно, что после того, как создана решетка Тротта, измерено и рассчитано SJs или Ма, методика градуировки остается такой, как при обычных измерениях в дальнем поле. Это является одним из важных достоинств метода решетки Тротта.

Для градуировки преобразователей, имеющих пренебрежимо малую ширину, т. е. точечных или линейных, можно воспользоваться разновидностью метода решетки Тротта. Если решетка представлена одной линейной группой излучателей со спадающей интенсивностью, то она излучает в ближнее поле однородные цилиндрические волны. Давление в ближнем поле будет постоянным вдоль линии, параллельной линейной группе излучателей, и будет уменьшаться на 3 дБ с удвоением расстояния в направлении ее оси. «Точечный» или линейный гидрофон, ориентированный параллельно линейной группе излучателей со спадающей интенсивностью, будет подвергаться воздействию однородного звукового давления. Если линейная группа излучателей расположена вертикально, то она будет в меньшей степени подвержена влиянию отражений от дна и поверхности, чем от боковых границ.

При использовании одиночной линейной группы излучателей нельзя измерить диаграмму направленности, поскольку этот метод ограничен измерением чувствительности точечных и линейных гидрофонов. Чувствительность 5ь по току в режиме излучения в ближнем поле линейной группы излучателей со спадающей интенсивностью измеряется путем зондирования ближнего поля градуированным гидрофоном. В отличие от S, Sl зависит от расстояния до излучателя, поэтому необходимо указывать опорное расстояние. Если расстояние отличается от опорного, то нужно вводить поправку, учитывающую спад на 3 дБ при удвоении расстояния. Не занимаясь уточнением расстояния, можно воспользоваться формулами (4.16) - (4.18), подставляя Sl и ii вместо Sa и «а. Точечные и линейные преобразователи обычно взаимны, и их чувствительность в режиме излучения можно рассчитать по формуле Sx=MJJs.

4.7. ПРИМЕНЕНИЯ И ОГРАНИЧЕНИЯ

Применение метода градуировки, испытаний и оценки преобразователей в ближнем поле связано с различными ограничениями. Пригодность метода вообще и предпочтение метода DRL или решетки Тротта в частности в большой степени зависят от характера использования измерений и от того, какое относительное значение имеют данные ограничения. К измерениям,