Способ проверки пьезоэлектрического гидрофона без демонтажа с объекта установки
Изобретение относится к области поверки пьезоэлектрических гидрофонов и определения возможности их дальнейшего использования без демонтажа с объекта эксплуатации. Техническим результатом изобретения является существенное уменьшение временных и материальных затрат на определение работоспособности пьезоэлектрического гидрофона при периодических поверках. При осуществлении способа возбуждают пьезоэлектрический гидрофон, снимают значение напряжения на выходе и вычисляют коэффициент преобразования, по значению которого делают вывод о состоянии пьезоэлектрического гидрофона. При этом возбуждают пьезоэлектрический гидрофон нормированным электрическим сигналом последовательно на частотах, составляющих рабочий диапазон пьезоэлектрического гидрофона, путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала напряжения замещения гидроакустического давления гидрофона, полученного в результате измерения падения напряжения на резисторе, включенном относительно пьезоэлектрической части гидрофона на землю и находящемся во встроенном усилителе, возбужденного при первичной поверке заданным значением гидроакустического давления на заданной частоте. 1 ил., 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения метрологических характеристик пьезоэлектрического гидрофона (далее - ГД), входящего в состав средств измерения физических величин звукового давления в водной среде, в частности в случаях невозможности его демонтажа для периодической поверки.
Одной из основных характеристик пьезоэлектрического гидрофона является коэффициент преобразования (далее Мi), который определяют при поверке прибора в установленный межповерочный интервал по стандартной методике МИ 1620-92 ГСИ «Государственная поверочная схема для средств измерений звукового давления в водной среде в диапазоне частот 1×10-3÷2×102 кГц». Данное решение выбрано в качестве прототипа.
Для поверки пьезоэлектрического гидрофона его демонтируют и отправляют в поверочную лабораторию, что приводит к значительным временным и финансовым затратам. Размещение поверочной установки вблизи установленных ГД, например в условиях корабля, невозможно.
Таким образом, существует потребность в создании способа поверки пьезоэлектрического гидрофона, обеспечивающего получение достаточно полной и надежной информации о состоянии ГД, а также значительное снижение трудоемкости процесса поверки.
Поставленная задача решается за счет того, что если в известном способе поверки пьезоэлектрического гидрофона с демонтажом его с объекта установки возбуждают пьезоэлектрический гидрофон в лабораторной поверочной установке, снимают значение напряжения на выходе и вычисляют коэффициент преобразования, по значению которого делают вывод о состоянии пьезоэлектрического гидрофона, то согласно заявленному решению возбуждают гидрофон нормированным электрическим сигналом последовательно на частотах, составляющих рабочий диапазон гидрофона, путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала напряжения замещения гидроакустического давления гидрофона, полученного в результате измерения падения напряжения на резисторе, включенном относительно пьезоэлектрической части гидрофона на землю и находящемся во встроенном усилителе, возбужденного при первичной поверке заданным значением гидроакустического давления на заданной частоте.
Технический результат заявляемого способа заключается в том, что благодаря использованию обратного пьезоэлектрического эффекта для возбуждения гидрофона, установленного на объекте контроля, электрическим сигналом от синус-генератора нормированным по величине напряжением Uзам, появляется возможность поверки пьезоэлектрического гидрофона без его демонтажа с места установки и доставки в поверочную лабораторию. При реализации заявленного способа с помощью дополнительного устройства (адаптера) при первичной поверке определяют значение напряжения замещения Uзам эквивалентной электрической схемы гидрофона со встроенным усилителем, а при периодической поверке возбуждают гидрофон напряжением замещения Uзам, затем по измеренному отклику Uвых гидрофона вычисляют коэффициент преобразования Mi, и исходя из требований к погрешности коэффициента преобразования делается вывод о качестве датчика, т.е. неуходе Мi из границ заданной погрешности.
Заявленное решение не известно заявителю из доступных источников информации, т.е. соответствует критерию охраноспособности «новизна». Заявленный способ содержит новую совокупность существенных признаков, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия «изобретательский уровень». Заявляемый способ может быть реализован промышленным путем с использованием известных технических средств.
На чертеже показана блок-схема соединений для определения напряжения замещения гидроакустического возбуждения гидрофона. На схеме показаны: пьезоэлектрическая головка гидроакустическая 1, предусилитель 2, вольтметр 3, генератор 4 и резисторы R1 и R2.
Напряжение Uзам эквивалентно гидроакустическому возбуждению гидрофона (т.е. напряжению замещения холостого хода эквивалентной электрической схемы гидрофона) заданным гидроакустическим давлением Р. По измеренному отклику Uвых гидрофона вычисляют коэффициент преобразования Мi, который по определению равен
Напряжение Uзам определяют в лабораторных условиях при первичной поверке.
Для этого при первичной поверке определяют дополнительную характеристику гидрофона, которая названа "напряжением замещения гидроакустического возбуждения гидрофона" (Uзам). Технически это осуществляют следующим образом. Гидрофон подключают, как показано на фиг 1.
На испытуемый гидрофон воздействуют гидроакустическим давлением Р=100 Па на частоте f=1000 Гц.
На выходе гидрофона появится электрический сигнал Uвых1. Фиксируют величину Uвых1. Затем при Р=0 Па подают через резистор R2 сигнал от генератора такой величины, чтобы уровень выходного напряжения Uвых2 на гидрофоне был равен уровню Uвых1. По достижении равенства Uвых2=Uвых1 измеряют падение напряжения на резисторе R1, которое является искомым напряжением замещения Uзам гидроакустического возбуждения гидрофона.
Определяют величину Uзам i на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ГД. Значения Uзам i фиксируют в паспорте гидрофона.
Если от генератора синус-сигнала последовательно подать через резистор R2 напряжение Uзам i на частотах 1/1-октавного ряда, входящих в рабочий диапазон ГД, то на выходе появится сигнал Uвых i пропорциональный гидроакустическому давлению 100 Па. Искомые коэффициенты преобразования Mi вычисляют по формуле
По результатам измерений вычисляют среднее арифметическое значение коэффициента преобразования гидрофона Мср и неравномерность частотной характеристики гидрофона Θчх по формуле:
где Mmin и Мmах (мВ/Па) - минимальное и максимальное значения чувствительности гидрофона в заданных диапазонах частот.
Таким образом, заменив нормированное гидроакустическое воздействие на гидрофон электрическим воздействием, мы получили одинаковое возбуждение гидрофона. Нормированным сигналом электрического возбуждения является напряжение Uзам.
Для примера изложены результаты определения Uзам для гидрофона Г61Н зав. №26. Измерения проводились в диапазоне частот (5-10000) Гц. Тем самым, получены результаты, позволяющие проследить изменение коэффициента преобразования с изменением частоты, т.е. определить неравномерность частотной характеристики, которую необходимо определять при поверке в соответствии с требованиями МИ 1620-92 ГСИ.
| Таблица 1 | |||||
| Напряжение замещения Uзам гидрофона Г61Н зав. №26 | |||||
| f, Гц | Р, Па | Uвых, мВ | Коэффициент преобразования | Uзам, мВ | |
| мВ/Па | дБ, отн. 1 мкВ/Па | ||||
| 5 | 100 | 930 | 9,3 | 79,4 | 21,8 |
| 16 | 100 | 930 | 9,3 | 79,4 | 21,8 |
| 31,5 | 100 | 930 | 9,3 | 79,4 | 21,8 |
| 63 | 100 | 920 | 9,2 | 79,3 | 21,8 |
| 250 | 100 | 920 | 9,2 | 79,3 | 22,1 |
| 500 | 100 | 900 | 9,0 | 79,1 | 21,7 |
| 1000 | 100 | 850 | 8,5 | 78,6 | 20,6 |
| 2500 | 100 | 740 | 7,4 | 77,4 | 18,1 |
| 5000 | 100 | 632 | 6,3 | 75,9 | 13,2 |
| 10000 | 100 | 520 | 5,2 | 74,3 | 10,8 |
Заявляемый способ дает возможность значительно уменьшить затраты на определение возможности применения виброизмерительных гидрофонов в составе измерительных информационных систем при периодических поверках.
Способ поверки пьезоэлектрического гидрофона без демонтажа его с объекта установки, при котором возбуждают пьезоэлектрический гидрофон, снимают значение напряжения на выходе и вычисляют коэффициент преобразования, по значению которого делают вывод о состоянии пьезоэлектрического гидрофона, отличающийся тем, что возбуждают пьезоэлектрический гидрофон нормированным электрическим сигналом последовательно на частотах, составляющих рабочий диапазон гидрофона, путем подачи от внешнего генератора синус-сигнала напряжения замещения гидроакаустического давления гидрофона, полученного в результате измерения падения напряжения на резисторе, включенном относительно пьезоэлектрической части гидрофона на землю и находящемся во встроенном усилителе, возбужденного при первичной поверке заданным значением гидроакустического давления на заданной частоте.
