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

Приложение G
(справочное)

     
Применение сигналов с различными волновыми формами

G.1 Краткий обзор

Калибровку гидрофона выполняют при его помещении в какое-либо заданное стационарное ультразвуковое поле. Характеристики этого поля могут быть различными в зависимости от волновой формы электрического сигнала возбуждения преобразователя, его конструкции (плоский, фокусирующий) и выбранного в этом поле положения калибруемого гидрофона. Различные варианты этих условий рассмотрены в разделах G.2-G.5 и сведены в таблицу G.1.

Таблица G.1 - Варианты волновых форм сигналов и положений гидрофона, рассмотренных в настоящем приложении

В дополнение к этим вариантам в разделе G.5 рассмотрены специальные условия калибровки в непосредственной близости к излучающей поверхности плоского преобразователя (вариант А, описанный в G.4.1).

G.2 Варианты волновых форм сигнала и расположение гидрофона при калибровке методом сравнения

Все результаты, получаемые в соответствии с рекомендациями этого раздела, относятся к какому-либо определенному значению ультразвуковой частоты. Они рассматриваются в зависимости от частоты и могут быть представлены в виде амплитуд спектра частот.

Варианты волновой формы и частотной идентификации:

a) узкополосный тональный импульс;

b) волновая форма с широкой полосой в результате нелинейного распространения узкополосного тонального импульса;

c) широкополосный импульс;

d) качающаяся частота непрерывного сигнала в методе спектрометрии временных задержек (СВЗ) - см. приложение Н;

e) качающаяся частота непрерывного сигнала при частотном анализе сигнала с временной селекцией (TGFA) [39].

Варианты положения гидрофона в ультразвуковом поле:

А - в ближнем поле;

В - в дальнем поле;

С - в дальнем поле на большом расстоянии для получения нелинейных искажений (в соответствии с вариантом волновой формы).

Поле плоского круглого преобразователя в общем случае можно рассматривать состоящим из волн двух типов: плоской волны от поверхности и неплоских волн, распространяющихся от краев преобразователя. Если гидрофон установлен по варианту А, т.е. так близко к преобразователю, что значения пути распространения этих волн будут различными, то эти волны можно отделить друг от друга. Выбором соответствующего времени (стробирования) можно выделить импульс плоской волны от поверхности. Если гидрофон установлен по вариантам В и С, т.е. на оси ультразвукового пучка в дальнем поле преобразователя, то разница между длинами пути, проходимыми этими компонентами ультразвуковой волны, мала, что неизбежно вызывает их взаимную интерференцию. Однако поле в целом будет носить характер плоской волны, ограниченной центральным лепестком определенного диаметра;

D - в геометрическом фокусе фокусирующего излучателя при линейном распространении;

Е - в геометрическом фокусе фокусирующего излучателя при нелинейном распространении.

При установке гидрофона по вариантам D и Е излучающий преобразователь должен быть сфокусирован так, чтобы в его геометрическом фокусе ультразвуковой пучок имел ту же форму, что и в дальнем поле несфокусированного преобразователя. Преимущество варианта D заключается в том, что излучатель создает условия, подобные тем, которые существуют при установке гидрофона по варианту В. Однако в варианте D из-за короткого пути распространения ультразвуковой волны значительно снижен эффект ее затухания.

Поле фокусирующего преобразователя, в геометрическом фокусе которого установлен гидрофон по варианту Е, характеризуется сильными нелинейными искажениями из-за высоких амплитуд возбуждения преобразователя. Преимущество варианта Е заключается в том, что из-за короткого пути распространения ультразвуковой волны значительно снижен эффект затухания как для основной частоты, так и для более высоких ее составляющих, а нелинейные искажения образуются за счет повышения амплитуды давления при фокусировке поля преобразователем.

Примечание - Предпочтение отдают только определенным комбинациям вариантов возбуждения преобразователя и установки гидрофона (хотя эти варианты используют до частоты 15 МГц или даже ниже): аВ [51], bС [52], [53], сА [54] и dB [55], [56], [22]. Возможны также и другие комбинации.

G.3 Варианты временной формы сигнала возбуждения и его частотных диапазонов

G.3.1 Использование узкополосного тонального импульса (вариант а)