А.Е. Исаев, А.С. Николаенко, А.М. Поликарпов
ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл.
isaev@vniiftri.ru
«Альманах современной метрологии» № 2 (22) 2020, стр. 112–170
УДК 532.5.071.8
В работе на основе единого подхода изложены различные аспекты проблем калибровки приёмника подводного шума в бассейне при наличии реверберационной помехи. Речь идёт не о лабораторном гидрофоне, а о подводном устройстве, применяемом при измерениях различного вида шумов в море.
Проблему калибровки усложняет не только отсутствие согласованности методик калибровки, но и достаточного опыта в этой области.
Освещаются результаты разработки оригинальных методов калибровки в условиях, отягощённых реверберацией звука в бассейне. Обосновывается современность таких исследований.
Исследуются методы и сигналы для калибровки акустических приёмников. Уделяется внимание низкочастотной калибровке гидрофона по полю в незаглушённом бассейне, экспериментам по подтверждению корректности этого метода.
Отдельный раздел статьи посвящён ключевым сличениям результатов калибровки гидрофонов Консультативного комитета по акустике, ультразвуку и вибрации МКМВ, в которых участвовал Государственный специальный эталон единицы звукового давления в водной среде ГЭТ 55-91. Говорится о задачах, которые поставил перед собой ВНИИФТРИ, участвуя в этих сличениях, о вторых ключевых сличениях CCAUV.W-K2.
Отдельной таблицей представлен бюджет неопределённостей результатов калибровки опорного гидрофона на частотах ниже 10 кГц.
Ключевые слова: рекордер, калибровка, условия лабораторного бассейна, отражающие звук границы, методики калибровки, ключевые сличения, бюджет неопределённостей результатов калибровки.
Цитируемая литература
1. Исаев А.Е., Цыганков С.Г., Кистович А.В., Николаенко А.С., Черников И.В. Повышение достоверности экспертной оценки инструментальной погрешности измерения УПШ / Сб. трудов Научно-практической конференции «Гидроакустика». Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2015. C. 122–132.
2. Исаев А.Е., Николаенко А.С., Черников И.В. Калибровка приёмника для измерений окружающего подводного шума / Материалы 6-й Международной науч.-техн. конференции «Измерения и испытания в судостроении и смежных отраслях». СПб.: Судометрика, 2016. С. 179–186.
3. Исаев А.Е., Николаенко А.С. Лабораторная калибровка гидроакустического приёмника по полю на низких частотах // Измерительная техника. 2018. № 01. С. 54–59.
4. Исаев А.Е., Николаенко А.С., Поликарпов А.М. Измерение частотной зависимости коэффициента отражения звука в условиях незаглушённого бассейна // Измерительная техника. 2018. № 04. С. 53–56.
5. Исаев А.Е., Николаенко А.С. Калибровка в лабораторном бассейне рекордера с вынесенным гидрофоном // Измерительная техника. 2018. № 07. С. 62–65.
6. Исаев А.Е., Николаенко А.С., Поликарпов А.М. Чувствительность приёмника при измерениях подводного шума // Измерительная техника. 2018. № 09. С. 61–65.
7. Исаев А.Е., Николаенко А.С. Способ калибровки гидрофона по полю на низких частотах. Патент на изобретение № 2655049. Опубликовано: 23.05.2018. Бюл. № 15.
8. Исаев А.Е. Николаенко А.С. Способ измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности. Патент на изобретение № 2655478. Опубликовано: 28.05.2018. Бюл. № 16.
9. Исаев А.Е. Критерий качества реализации условий свободного поля при градуировке гидроакустического приёмника в бассейне с отражающими границами // Измерительная техника. 2014. № 5. С. 48–53.
10. Исаев А.Е., Николаенко А.С., Поликарпов А.М. Калибровка рекордера подводного звука и вопросы прослеживаемости создаваемых средств измерений к первичным эталонам // Альманах современной метрологии. 2019. № 1 (17). С. 94–108.
11. Еняков А.М., Панин О.А., Сильвестров С.В. Проблемы и перспективы стандартизации измерений подводного шума, излучаемого коммерческими судами // Альманах современной метрологии. 2015. № 5. С. 117–156.
12. Directive 2008/56/EC of the European Parliament and of the Council of 17 June 2008 establishing a framework for community action in the field of marine environmental policy (Marine Strategy Framework Directive).
13. COUNCIL DIRECTIVE 92/43/EEC of 21 May 1992 on the conservation of natural habitats and of wild fauna and flora.
14. Hayman G., Lepper P., Robinson S. The calibration and characterization of autonomous underwater recorders / Proc. of the 2nd International Conference and Exhibition on Underwater Acoustics UA2014: ed. J.S. Papadakis, L. Bjorno. Rhodes, Greece. 2014. P. 1103–1108.
15. Исаев А.Е. Точная градуировка приёмников звукового давления в водной среде в условиях свободного поля. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 369 с.
16. Матвеев А.Н. Разработка и исследование методов градуировки гидроакустического приёмника при излучении сигналов с линейной частотной модуляцией: дис. … канд. техн. наук. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2015.
17. Черников И.В. Разработка и исследование методов и средств градуировки гидроакустических приёмников по полю с использованием шумового сигнала: дис. … канд. техн. наук по специальности 05.11.06. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2016.
18. Heyser Richard C. Acoustical Measurements by Time Delay Spectrometry // J. AES. 1967. V. 15. P. 370–382.
19. Heyser Richard C. Loudspeaker Phase Characteristics and Time Delay Distortion // J. AES. 1969. V. 17. P. 30–41.
20. Heyser Richard C. Determination of Loudspeaker Signal Arrival Times. Parts I–III // J. AES. 1971. P. 734–743, 829–834, 902. Or AES Loudspeakers Anthology. V. 1–25. P. 225.
21. Heyser Richard C. Time Delay Spectrometry — An Anthology of the Works of Richard C. Heyser // AES. New York, 1988.
22. Vanderkooy J. Another Approach to Time-Delay Spectrometry // J. AES. July 1986. V. 34. P. 523–538.
23. Greiner R., Wania J., Noejovich G. A Digital Approach to Time Delay Spectrometry // J. AES. July 1989. V. 37. P. 593–602.
24. D’Antonio P., Konnert J. Complex Time Response Measurements Using Time-Delay Spectrometry (Dedicated to the late Richard C. Heyser) // J. AES. September 1989. V. 37. P. 674–690.
25. Herlufsen H. Dual Channel FFT Analysis (Part I, II) // Brüel & Kjær Technical Review. 1984. No. 1. Available on the web.
26. Shoukens J., Pintelon R. Measurement of Frequency Response Functions in Noise Environments // IEEE Trans. Instrumentation and Measurement. December 1990.
27. Shoukens J., Pintelon R., Rolain Y. Broadband versus Stepped Sine FRF Measurements // IEEE Trans. Instrumentation and Measurement. April 2000. No. 2.
28. Berman J.M., Fincham L.R. The Application of Digital Techniques to the Measurement of Loudspeakers // J. AES. 1977. V. 25. P. 370–384. Or AES Loudspeakers Anthology. V. 1–25. P. 436.
29. Fincham L.R. Refinements in the Impulse Testing of Loudspeakers // J. AES. March 1985. V. 41. P. 133–140.
30. Dunn C., Hawksford M.O. Distortion Immunity of MLS-Derived Response Measurements // J. AES. May 1993. P. 314. Available on the web.
31. Borish J., Angell J. An Efficient Algorithm for Measuring the Impulse Response Using Pseudo-Random Noise // J. AES. 1983. V. 33. P. 478–488.
32. Müller S., Massarani P. Transfer-Function Measurement with Sweeps // J. AES. 2001. V. 49. I. 6. P. 443–471.
33. Barrera-Figueroa S., Rasmussen K., Jacobsen F. A time-selective technique for free-field reciprocity calibration of condenser microphones // J. Acoust. Soc. September 2003. Am. 114 (3). Р. 1467–1476.
34. Лопашев Д.З. Исследование звукового поля в большом измерительном бассейне. Исследования в области акустических и гидроакустических измерений // Труды институтов Комитета стандартов, мер и измерительных приборов СССР. Вып. 73(133). М.: Стандартгиз, 1963. С. 31–40.
35. Robinson S. Review of methods for low frequency transducer calibration in reverberant tanks. PL Report CMAM 1999. ISSN 1369-6785.
36. Исаев А.Е., Поликарпов А.М., Черников И.В. Акустические сигналы и поля для метрологических работ в лабораторном гидроакустическом бассейне // Альманах современной метрологии. 2015. № 2. С. 76–102.
37. ГОСТ Р 53188.2-2010 Государственная система обеспечения единства измерений. Шумомеры. Часть 2. Методы испытаний.
38. Международный словарь по метрологии: основные и общие понятия и соответствующие термины: пер. с англ. и фр. Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. Д.И. Менделеева, Белорус. гос. ин-т метрологии. Изд. 2-е, испр. СПб.: НПО «Профессионал», 2010. 82 с.
39. Р50.2.037-2004. ГСИ. Измерения гидроакустические. Термины и определения. М.: Госстандарт России.
40. IEC 60050-801(1994) Международный электротехнический словарь. Глава 801. Акустика и электроакустика.
41. Рандалл Р.Б. Частотный анализ. Дания: ДК-2850 Нерум, 1989. 379 с.
42. Кулиев Ю.Н. и др. Пьезоприемники давления. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1976. 152 с.
43. Robinson S.P. et al. An international key comparison of free-field hydrophone calibrations in the frequency range 1 to 500 kHz // J. ASA. 2006. V. 120. No. P. 1366–1373.
44. Исаев А.Е., Матвеев А.Н. Повышение частотного разрешения при обработке акустических сигналов методом скользящего комплексного взвешенного усреднения // Акустический журнал. 2010. Т. 56. № 2. С. 277–283.
45. Исаев А.Е. Нижняя частота градуировки гидрофона «по полю» при излучении тональных сигналов в незаглушённом бассейне // Измерительная техника. 2010. № 1. С. 20–24.
46. Исаев А.Е. Уменьшение влияния переходного процесса при градуировке гидрофонов «по полю» на низких частотах с использованием квадратурно-дополненных гармонических сигналов // Измерительная техника. № 4. С. 20–24.
47. Beatty L.G., George J.D., Robinson A.Z. Use of the complex exponential expansion as a signal representation for underwater acoustic calibration // Acoust. Soc. 1978. Am. 63. P. 1782–1794.
48. Ainsleigh P.L., George J.D. Modeling exponential signals in a dispersive multipath environment // IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing. 1992. V. 5. P. 457–640.
49. Ainsleigh P.L., George J.D. Signal modeling in reverberant environments with application to underwater electroacoustic transducer calibration // J. Acoust. Soc. 1995. Am. 98. P. 270–279.
50. Robinson S.P., Hayman G., Harris P.M., Beamiss G.A. Signal-modeling methods applied to the free-field calibration of hydrophones and projectors in laboratory test tanks // Measurement Science and Technology. 2018. V. 29, I. 8. Article id. 085001.
51. Исаев А.Е., Матвеев А.Н., Некрич Г.С., Поликарпов А.М. Градуировка приёмника градиента давления по полю в отражающем бассейне с применением ЛЧМ-сигнала // Акустический журнал. 2013. Т. 59. № 6. С. 773–781.
52. Исаев А.Е., Матвеев А.Н., Некрич Г.С., Поликарпов А.М. Комплексная градуировка приёмника градиента давления с использованием процедуры метода взаимности // Акустический журнал. 2014. Т. 60. № 1. C. 48–55.
53. Исаев А.Е., Черников И.В. Использование сигналов с распределённой по частоте мощностью для лабораторной градуировки гидроакустического приёмника // Измерительная техника. 2015. № 10. С. 64–67.
54. Маслов В.К. Современные технологии анализа и обработки информации в физико-технических измерениях. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ». 2010. 583 с.
55. ISO 18406:2017 Гидроакустика. Измерение излучаемого подводного звука от ударов при забивке свай.
56. Исаев А.Е., Николаенко А.С. Лабораторная калибровка гидроакустического приёмника по полю на низких частотах // Измерительная техника. 2018. № 01. С. 54–59.
57. Градуировка гидрофонов. Международная электротехническая комиссия. Стандарт МЭК. Публикация 565 (565 А). Издание первое 1977. М.: Изд-во стандартов, 1981.
58. American National Standard «Procedures for Calibration of Underwater Electroacoustic Transducers». ANSI S1.20. 1988.
59. National Standard of China «GB/T 3223-1994 Acoustics — Free field calibration method of underwater sound transducers».
60. Румынская И.А. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1979. 209 с.
Статья в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.