А.Е. Исаев, А.М. Поликарпов
ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл., Россия;
isaev@vniiftri.ru
«Альманах современной метрологии» № 3 (43) 2025, стр. 8–20
The page of the article in English
УДК 534.6.08
Аннотация. В статье предложен фазоимпульсный метод измерения временного интервала как альтернатива времяпролётным методам для решения задачи измерения скорости звука в водных средах. Рассмотрен подход, основанный на отсутствии дисперсии звука и аналогии между взаимным фазовым спектром сигналов и набегом фазы при распространении звуковой волны. Сформулированы теоретические предпосылки метода и выполнен эксперимент, показавший обоснованность предложенного подхода. Основное отличие от известных реализаций времяпролётного метода состоит в том, что оценку времени распространения звуковой волны получают как интегральную характеристику. Для этого используют не отдельные характерные точки, выбираемые в эксперименте на временных реализациях сигналов, а фазовые спектры,которые получают, используя весь сигнал. Оценку временного интервала получают, преобразуя частотную зависимость взаимного фазового спектра в числовой параметр применением к ней линейной регрессионной модели. Это эквивалентно усреднению по ансамблю частот. В отличие от оценки временного интервала по разности установившихся значений фаз радиоимпульсов использование взаимных фазовых спектров позволяет контролировать качество эксперимента, улучшить статистические характеристики получаемой оценки, исключить субъективный фактор при выборе характерных точек.
Ключевые слова: время пробега звуковой волны, времяпролётный метод, характерные точки осциллограмм, фазоимпульсный способ, фазовый спектр, взаимный фазовый спектр, набег фазы звуковой волны
Цитируемая литература
1. Wilson W.D. Speed of sound in sea water as a function of temperature, pressure, and salinity // The Journal of the Acoustical Socitey of America. — 1960. — V. 32. — № 6. — P. 641–644. — https://doi.org/10.1121/1.1908167.
2. Del Grosso V.A. New equation for the speed of sound in natural waters (with comparisons to other equations) // The Journal of the Acoustical Socitey of America. — 1974. — V. 56. — № 4. — P. 1084–1091. — https://doi.org/10.1121/1.1903388.
3. Chen Ch.-T.A., Millero F.J. Speed of sound in seawater at high pressures // The Journal of the Acoustical Socitey of America. — 1977. — V. 62. — № 5. — P. 1129–1135. — https://doi.org/10.1121/1.381646.
4. Wong G.S.K., Zhu S.‐m. Speed of sound in seawater as a function of salinity, temperature, and pressure // The Journal of the Acoustical Socitey of America. — 1995. — V. 97. — № 3. — P. 1732–1736. — https://doi.org/10.1121/1.413048.
5. ГСССД 190-2000. Таблицы стандартных справочных данных. Вода. Скорость звука при температурах 0…100 °С и давлениях 0,101325…100 МПа. — М., 2000. — 13 с.
6. Описание типа средства измерений. Интерферометры лазерные Lasertex HPI-3D / Федеральная государственная информационная система Росстандарта. ФГИС «Аршин». — URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/api/downloadfile/62ea29fe-c289-458b-ab10-d6a52a2edd90 (дата обращения: 17.04.2025).
7. Пат. 2786786, МПК G01H 5/00. Времяпролётный способ определения скорости звука в жидких средах и устройство для его осуществления / Ю.А. Ломовацкий, Л.М. Саморукова, С.В. Сильвестров; патентообладатель Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (РОССТАНДАРТ). — № 2022111198; заявл. 25.04.2022; опубл. 26.12.2022, Бюл. № 36.
8. Yang L., Zhang J., Wang J. Sound speed measurement using phase estimation method of pulse signal in water // 2021 OES China Ocean Acoustics (COA), Harbin, China. July 4–17, 2021: Proceedings. — P. 267–271. — https://doi.org/10.1109/COA50123.2021.9519875.
9. Zhang J., Chen Y., Ji J. Accuracies for different measuring methods of sound speed in water // 25th International Congress on Sound and Vibration (ICSV 25), Hiroshima Calling. Hiroshima, Japan. July 8–12, 2018: Proceedings. — P. 312–318.
10. Моторизированные линейные трансляторы // Специальные системы. Фотоника. — URL: https://sphotonics.ru/catalog/motorizied-linear-stages/ (дата обращения: 17.04.2025).
11. Исаев А.Е., Поликарпов А.М. Примеры решения метрологических задач с использованием преобразования Гильберта для обработки данных // Альманах современной метрологии. — 2025. — № 2 (42). — С. 133–157.
Статья поступила в редакцию: 19.06.2025 г.
Статья прошла рецензирование: 08.07.2025 г.
Статья принята в работу: 29.07.2025 г.
Полные тексты статей доступны в печатных номерах журнала по подписке и при покупке отдельных номеров у издателя.
Также полные тексты статей размещаются в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.