ГОСТ Р МЭК 62127-2-2009 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Гидрофоны. Общие требования к методикам калибровки в частотном диапазоне до 40 МГц

     5 Общее представление о методиках калибровки

5.1 Общие положения

Для измерений абсолютных значений параметров акустического поля требуются гидрофоны. Электрическое напряжение на выходе гидрофона как зависимость времени может быть представлено в виде

,                                                            (2)

где - волновая форма (зависимость от времени) давления;

- операция свертки;

- импульсный отклик гидрофона.

При разложении в ряды Фурье, если , и являются соответствующими преобразованиями Фурье, результирующий спектр напряжения можно получить равным . Величина является функцией преобразования гидрофона (чувствительностью), и ее комплексное значение представляется как реальной, так и мнимой частями.

В соответствии с современной практикой измерений в настоящем стандарте гидрофоны рассматривают как элементы, чувствительные к амплитуде, а не к фазе сигнала. Тем не менее есть определенные основания полагать, что фазовые измерения в будущем будут иметь более важное значение, в частности при применении методов обратной свертки (см. МЭК 62127-1), которые требуют комплексного представления функции преобразования гидрофона. Если это произойдет, то настоящий стандарт будет пересмотрен для установления более строгих требований к таким измерениям. Обзор существующих относительных фазовых измерений дан в приложении I.

Примечание - Под чувствительностью гидрофона в настоящем стандарте подразумевают действительное значение (выраженное отношением амплитуд).

Изложенные в настоящем стандарте методики калибровки гидрофонов основаны на двух принципиально различных подходах:

a) калибровка с применением эталонного преобразователя.

В этом случае гидрофон может быть откалиброван методом сравнения с эталонным преобразователем как источником ультразвуковой мощности. Выходная мощность преобразователя должна быть определена методом уравновешивания радиационной силы, изложенным в МЭК 61161;

b) калибровка без эталонного преобразователя, включающая:

1) калибровку методом взаимности, основанную на принципе взаимности, при этом, по крайней мере, один из используемых преобразователей должен быть взаимным;

2) физическую калибровку, при которой действующее на гидрофон звуковое давление рассчитывают по результатам измерений физических параметров, относящихся к акустическому полю, таких, например, как акустическое смещение в методе оптической интерферометрии.

Примечание - Под "абсолютной" калибровкой гидрофонов в настоящем стандарте понимают то, что она проводится без сравнения с чувствительностью другого гидрофона. Иногда пользуются также понятием "первичного" метода калибровки. С другой стороны, на практике часто используют "вторичный" метод или метод "замещения", которые предполагают сравнение с чувствительностью калиброванного опорного гидрофона. Сам опорный гидрофон может быть откалиброван "абсолютным" методом или с помощью другого эталонного гидрофона и т.д. Очевидно, что это две принципиально различные методики: выполнение абсолютной калибровки гидрофона или сравнение чувствительностей двух гидрофонов. Абсолютные методы изложены в разделах 9, 10 и 11, а также приложениях D, F и Н настоящего стандарта. Метод сравнения конкретизирован в разделе 12. Следует отметить, что методика замещения обычно предусматривает реализацию обоих методов, и желающему ею воспользоваться рекомендуется обратиться как к разделу 12, так и к другим разделам, относящимся к методам абсолютной калибровки, особенно если речь идет об оценке неопределенности результатов калибровки методом замещения, так как составляющими этой неопределенности будут вклады как абсолютных, так и относительных методов.

5.2 Обзор методик калибровки

Ниже указаны диапазоны частот, в которых может быть реализован тот или иной метод калибровки, а также раздел, в котором изложен соответствующий метод. В таблице 1 приведены типичные значения неопределенности результатов калибровки этими методами.

Таблица 1 - Перечень типичных значений неопределенности результатов калибровок методами, установленными в настоящем стандарте, в различных частотных диапазонах

a) Калибровка методом взаимности в свободном поле:

- калибровка без использования эталонного преобразователя в свободном поле, в диапазоне частот от 50 кГц до 15 МГц; раздел 9.

b) Калибровка методом плоского сканирования в свободном поле:

- калибровка в свободном поле с эталонным преобразователем, в диапазоне частот от 500 кГц до 15 МГц; раздел 10.