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

     7 Требования к электрическим параметрам

7.1 Тип сигнала

Сигналы, используемые при калибровке, могут быть синусоидальными (непрерывная волна), синусоидальными качающейся частоты [8] или импульсными с синусоидальным заполнением (стробированные тональные импульсы). Для получения детальных характеристик гидрофона во всем требуемом диапазоне частот необходимо выбрать большое количество частотных точек.

Примечание - Общая информация о различных волновых формах калибровочных сигналов в требуемых диапазонах частот приведена в приложении G.

7.2 Заземление

Чтобы устранить контуры заземления, рекомендуется, чтобы электрические выводы преобразователей не контактировали с водой. Наружные металлические части гидрофона должны быть заземлены только через экран кабеля и усилитель гидрофона. Все другие контакты с землей должны быть исключены.

7.3 Измерение электрического напряжения на выходе гидрофона

7.3.1 Общие положения

Напряжение холостого хода гидрофона следует определять на конце его кабеля.

При непрерывно-волновом сигнале измерения могут быть проведены с помощью вольтметра с высоким входным импедансом. Однако для измерения тональных импульсов наиболее удобна оцифровка волновой формы выходного напряжения гидрофона с помощью, например, цифрового осциллографа или аналого-цифрового преобразователя с компьютером. При использовании усилителя, аттенюатора или фильтра в комбинации с вольтметром или цифровым преобразователем, вместе составляющих измерительный канал, все эти элементы тоже необходимо калибровать.

Примечание - Методика калибровки с использованием непрерывно-волновых сигналов изложена в приложении Н. Общие представления об измерении сигналов с амплитудной модуляцией даны в приложении G.

7.3.2 Электрическая нагрузка в виде измерительного прибора

При измерениях гидрофон должен быть подсоединен к измерительному прибору с высоким входным импедансом (усилителю, вольтметру, осциллографу или цифровому преобразователю). Если выходной импеданс гидрофона также высок (например, для небольшого пьезоэлектрического гидрофона с низкой емкостью), то в качестве его электрической нагрузки следует рассматривать сам измерительный прибор. В таких случаях для получения напряжения холостого хода следует вводить поправку на эту электрическую нагрузку. Такая поправка может быть рассчитана по методике, изложенной в приложении С. Если при калибровке конкретного гидрофона всегда используется одна и та же электрическая нагрузка, тогда поправку удобнее ввести не в каждое значение выходного напряжения гидрофона, а в значение его чувствительности.

Примечания

1 Если гидрофон используют в последовательной комбинации таких электронных приборов, как усилитель, осциллограф и т.д., то на частотную характеристику системы в целом будут, конечно, влиять и частотные характеристики каждого компонента.

2 Следует обратить внимание на согласование выходного импеданса гидрофона (с предусилителем) и входного импеданса подсоединенного к нему измерительного прибора.

7.3.3 Электрическая нагрузка в виде удлинительного кабеля

Если к гидрофону подсоединен удлинительный кабель, то он будет являться электрической нагрузкой гидрофона и для получения значения чувствительности холостого хода необходимо ввести соответствующую поправку. Если кабель и гидрофон представить в виде электрических емкостей (это корректно для кабелей вообще и для гидрофонов на частотах ниже резонанса их активного элемента), то поправку можно определить по значениям емкостей кабеля и гидрофона. Если выходной импеданс гидрофона не является чисто емкостным (например, на частотах, близких к резонансу), то для вычисления поправки следует использовать комплексное значение импеданса гидрофона. Оба варианта введения поправки рассмотрены в приложении С. Если при калибровке какого-либо конкретного гидрофона всегда используют один и тот же удлинительный кабель, то поправку удобнее вводить в значения чувствительности гидрофона, а не в каждое значение напряжения на его выходе.

Примечание - Для уменьшения влияния электрической нагрузки некоторые гидрофоны имеют встроенный в их корпус предварительный усилитель, расположенный как можно ближе к гидрофону (см. 7.3.6). Это особенно актуально на высоких частотах для уменьшения влияния резонансов в кабеле.

7.3.4 Шум

Уровень электрических шумов может понизить точность электрических измерений. Отношение сигнал/шум должно быть таким, чтобы проводить измерения без существенных потерь точности. Предпочтительно, чтобы амплитуда измеряемого сигнала была не менее чем на 20 дБ выше уровня шумов.

Примечания

1 Уровень широкополосного интерференционного шума можно снизить с помощью полосового фильтра с полосой пропускания, достаточно широкой, чтобы пропустить полезный сигнал без искажений.

2 При наличии электрических шумов отношение сигнал/шум можно повысить усреднением повторяющихся сигналов. При наличии случайных шумов усреднение сигналов повысит отношение сигнал/шум с коэффициентом, равным квадратному корню из .

7.3.5 Перекрестные помехи (радиочастотная наводка) и акустическая интерференция

При наличии интерференции и перекрестных помех усреднение сигнала и узкополосная фильтрация в общем случае не приводят к увеличению отношения сигнал/шум. В этом случае рекомендуется определить причину возникновения этих эффектов и предпринять меры по их минимизации. Уровень сигнала акустической интерференции должен быть не менее чем на 30 дБ ниже уровня полезного сигнала.

При наличии перекрестных помех в тональном импульсе следует проследить, чтобы длительность импульса не превосходила время прохождения сигнала от преобразователя к гидрофону.

При использовании сигналов непрерывной волны уровень помех должен быть не менее чем на 40 дБ ниже уровня полезного сигнала.

Примечание - Уровень помех или радиочастотных наводок можно оценить, установив между преобразователем и гидрофоном достаточно тонкий лист из материала с сильным акустическим поглощением (такого, например, как пенополистирол). Он будет гасить акустический сигнал, а помехи останутся прежними.