izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-5-61-66izmertech-1889Research ArticleАКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯACOUSTIC MEASUREMENTSПрименение звукопроводящей полимерной плёнки для калибровки гидрофонов методами оптической интерферометрииApplication of a sound-conducting polymer foil for calibration of hydrophones by optical interferometryhttps://orcid.org/0000-0001-8183-3861ЕняковА. М.ЕnyakovA. М.

Александр Михайлович Еняков

г. п. Менделеево, Московская обл.

Аlexander М. Еnyakov

Mendeleevo, Moscow region

enyakov@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7674-8010КузнецовС. И.KuznetsovS. I.

Сергей Игоревич Кузнецов

г. п. Менделеево, Московская обл.

Sergey I. Kuznetsov

Mendeleevo, Moscow region

sergantex@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2912-9484ЛукинГ. С.LukinG. S.

Георгий Сергеевич Лукин

г. п. Менделеево, Московская обл.

Georgiy S. Lukin

Mendeleevo, Moscow region

lukin@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian metrological institute of technical physisl and radio engineering measurementsRussian Federation202127072023056166Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1889

Рассмотрена калибровка гидрофонов методом оптической интерферометрии с использованием тонкой звукопрозрачной полимерной плёнки (мембраны). Показано, что основной проблемой при реализации этого метода калибровки является оценка соответствия колебаний металлизированной стороны плёнки колебательным смещениям частиц воды под действием звуковой волны, падающей на плёнку. На основе упрощённой теории прохождения акустических плоских волн через слои разнородных материалов разработаны методы измерения скорости звука в применяемой плёнке и алгоритм расчёта частотной зависимости коэффициента прохождения звуковой волны (по колебательной скорости) из воды через плёнку в воду или воздух. Обосновано введение в результаты калибровки гидрофона поправки, учитывающей коэффициент прохождения звуковой волны, и оценена неопределённость этой поправки.

Modern calibration of hydrophones at megahertz frequencies is based on the method of optical interferometry, in which the vibrational velocity of an acoustic wave is measured using a thin sound-transparent polymer foil (membrane), metallized on one side to improve light reflection and installed in an ultrasonic field, followed by its replacement with a hydrophone to be calibrated. The main problem of implementing this calibration method is to assess the adequacy of tracking vibrations of the metallized side of the foil to vibrational displacements of water particles under the action of a sound wave incident on the opposite side of the foil. On the basis of the simplified theory of acoustic plane waves passing through layers of dissimilar materials, methods for measuring the speed of sound in the applied foil and an algorithm for calculating the frequency dependence of the sound wave transmission coefficient (in terms of vibrational velocity) from water through the foil to water or air, introduced as a correction to the results of hydrophone calibration, were developed. The uncertainty of the introduction of this correction is estimated.

гидрофонкоэффициент отражениякоэффициент прохожденияоптическая интерферометрияполимерная металлизированная пленкаскорость звукаhydrophonereflection coefficienttransmission coefficientoptical interferometrypolymer metallized foilspeed of soundReferencesKoukoulas T. et al., Proceedings of the 11th European Conference on Underwater Acoustics, January 2012, Edinburgh, UK. https://doi.org/10.13140/2.1.4367.2005Koukoulas T. et al., Proceedings of the 11th European Conference on Underwater Acoustics, January 2012, Edinburgh, UK. https://doi.org/10.13140/2.1.4367.2005Drain L. E., Scruby C. B., Laser Ultrasonics, New York, Adam Hilger, 1990.Drain L. E., Scruby C. B., Laser Ultrasonics, New York, Adam Hilger, 1990.Bacon D. R., IEEE Transactions onUltrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1988, vol. 35, no. 2. https://doi.org/10.1109/58.4165Bacon D. R., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1988, vol. 35, no. 2. https://doi.org/10.1109/58.4165Esward T. J., Robinson S. P., IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, 1999, vol. 46, no. 3, рp. 737–744. https://doi.org/10.1109/58.764860Esward T. J., Robinson S. P., IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, 1999, vol. 46, no. 3, рp. 737–744. https://doi.org/10.1109/58.764860Koch Ch., Molkenstruck W., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1999, vol. 46, no. 5, pр. 1303–1314. https://doi.org/10.1109/58.796135Koch Ch., Molkenstruck W., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1999, vol. 46, no. 5, pр. 1303–1314. https://doi.org/10.1109/58.796135Weber M., Wilkens V., Metrologia, 2017, vol. 54, no. 4, pр. 432–444. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa72baWeber M., Wilkens V., Metrologia, 2017, vol. 54, no. 4, pр. 432–444. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa72baBickley C. J., Zeqiri B., Robinson S. P., Journal of Physics: Conference Series, Advanced Metrology for Ultrasound in Medicine, 2004, no. 1, рр. 20–25. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1/1/007Bickley C. J., Zeqiri B., Robinson S. P., Journal of Physics: Conference Series, Advanced Metrology for Ultrasound in Medicine, 2004, no. 1, рр. 20–25. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1/1/007Koukoulas T., Theobald P., Robinson S., Hayman G., Moss B., Particle velocity measurements using heterodyne interferometry and Doppler shift demodulation for absolute calibration of hydrophones, Journal of the Acoustical Society of America(POMA), 2012, vol. 17, pp. 70022:1–10.Koukoulas T., Theobald P., Robinson S., Hayman G., Moss B., Particle velocity measurements using heterodyne interferometry and Doppler shift demodulation for absolute calibration of hydrophones, Journal of the Acoustical Society of America (POMA), 2012, vol. 17, pp. 70022:1–10.Wang Min, Koukoulas T., Xing Guangzhen, He Longbiao, Yang Ping, Zhang Yue, Measurement of underwater acoustic pressure in the frequency range 100 to 500 kHz using optical interferometry and discussion on associated uncertainties, Proceedings 25th International Congress on Sound and Vibration, 8–12 July 2018, Hiroshima, Japan, pр. 1–6.Wang Min, Koukoulas T., Xing Guangzhen, He Longbiao, Yang Ping, Zhang Yue, Measurement of underwater acoustic pressure in the frequency range 100 to 500 kHz using optical interferometry and discussion on associated uncertainties, Proceedings 25th International Congress on Sound and Vibration, 8–12 July 2018, Hiroshima, Japan, pр. 1–6.Ping Yang, Guangzhen Xing, Longbiao He, Ultrasonics, 2013, vol. 54 (1), pp. 402–407. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2013.07.013Ping Yang, Guangzhen Xing, Longbiao He, Ultrasonics, 2013, vol. 54 (1), pp. 402–407. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2013.07.013Preston R. C., Robinson S. P., Zeqiri B., Esward T. J., Gelat P. N., Lee N. D., Metrologia, 1999, vol. 36, pp. 331–343. https://doi.org/10.1088/0026-1394Preston R. C., Robinson S. P., Zeqiri B., Esward T. J., Gelat P. N., Lee N. D., Metrologia, 1999, vol. 36, pp. 331–343. https://doi.org/10.1088/0026-1394Koch Ch., Ludwig G., Molkenstruck W., Ultrasonics, 1998, vol. 36 (1–5), pр. 721–725. https://doi.org/10.1016/S0041-624X(97)00121-2Koch Ch., Ludwig G., Molkenstruck W., Ultrasonics, 1998, vol. 36 (1–5), pр. 721–725. https://doi.org/10.1016/S0041-624X(97)00121-2Weber M., Wilkens V., Metrologia, 2017, vol. 54, pp. 432–444. https://doi.org/10.1088/1681-7575Weber M., Wilkens V., Metrologia, 2017, vol. 54, pp. 432–444. https://doi.org/10.1088/1681-7575Ржевкин С. Н. Курс лекций по теории звука. М.: МГУ, 1960. 337 с.Rzhevkin S. N., Kurs lekcij po teorii zvuka, Moscow, Moscow University Publ., 1960. 337 р. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.