izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-12-46-54izmertech-2261Research ArticleАКУСТИСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯЭталонная база ВНИИФТРИ в области гидроакустических измерений: метрологические характеристики, функциональные возможности, новации и перспективы совершенствования эталоновVNIIFTRI reference base in the field of underwater acoustic measurements: metrological characteristics, functional capabilities, innovations and prospects for improving standardshttps://orcid.org/0000-0002-0718-5234ИсаевА. Е.IsaevA. E.

Александр Евгеньевич Исаев

г. п. Менделеево, Московская обл.

Alexander E. Isaev

Mendeleevo, Moscow region

isaev@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/0009-0001-7935-5255ЛомовацкийЮ. А.LomovatskiyYu. A.

Юрий Александрович Ломовацкий

г. п. Менделеево, Московская обл.

Yuriy A. Lomovatskiy

Mendeleevo, Moscow region

lom@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0009-0008-3991-0518МатвеевА. Н.MatveevA. N.

Антон Николаевич Матвеев

г. п. Менделеево, Московская обл.

Anton N. Matveev

Mendeleevo, Moscow region

matveev@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation2024130120257312Юбилей ВНИИФТРИ - 70 лет4654Copyright © Исаев А.Е., Кузнецов С.И., Ломовацкий Ю.А., Матвеев А.Н., 20252025Исаев А.Е., Кузнецов С.И., Ломовацкий Ю.А., Матвеев А.Н.Isaev A.E., Kuznetsov S.I., Lomovatskiy Y.A., Matveev A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/2261

Описана обновлённая эталонная база ВНИИФТРИ в области гидроакустических измерений. Приведены сведения о специальном многофункциональном метрологическом бассейне, гидроакустическом баке избыточного давления, метрологических характеристиках эталонных установок из составов Государственного первичного эталона единиц звукового давления и колебательной скорости в водной среде ГЭТ 55-2017, Государственного первичного эталона единицы мощности ультразвука в воде ГЭТ 169-2019, Государственного первичного эталона единицы скорости звука в жидких средах ГЭТ 201-2012. Предложена модель гидрофона в виде звена опережения и минимально-фазового четырёхполюсника, введено понятие энергетической чувствительности в полосах частот, предложен способ определения эффективного размера гидрофона и получения его минимально-фазовой частотной характеристики чувствительности, реализованный в ГЭТ 55-2017. Предложен способ представления комплексной частотной характеристики чувствительности формулой и сформулированы требования к функционалу цифровой метрологической платформы. ГЭТ 169-2019 дополнен двумя установками для воспроизведения единиц интенсивности и давления ультразвука в воде, которые позволят найти комплексное решение проблемы метрологического обеспечения ультразвукового медицинского и иного оборудования, производимого и используемого в Российской Федерации. Состав ГЭТ 201-2012 дополнен установкой для воспроизведения и передачи единицы скорости звука в воде времяпролётным импульсным методом с переменной базой. Изменение длины базы измеряют оптико-интерференционным методом, временно́й задержки – по характерным точкам импульсных сигналов. Обсуждены перспективы совершенствования перечисленных эталонов. Обозначены проблемы, связанные с участием Российской Федерации в международных сличениях, и предложены возможные пути их решения.

The updated VNIIFTRI’s underwater acoustic reference base is described. The article provides information about a special multifunctional metrological water tank, an underwater acoustic excess pressure tank, metrological characteristics of reference facilities of state primary standard of units of sound pressure and oscillating velocity in the water media GET 55-2017, state primary standard of the unit of ultrasound power in water GET 169-2019, state primary standard of the unit of sound velocity in liquid media GET 201-2012. A model of a hydrophone as an operational link and a minimum-phase four-terminal network is proposed, the concept of energy sensitivity in frequency bands is introduced, a method for determining the effective size of a hydrophone and obtaining its minimum-phase frequency response of sensitivity is proposed, implemented in GET 55-2017. A method for representing the complex frequency response of sensitivity by a formula is proposed, and requirements for the functionality of a digital metrology platform are formulated. GET 169-2019 is supplemented with two facilities for reproducing units of intensity and pressure of ultrasound in water, which will make it possible to find a comprehensive solution to the problem of metrological support for ultrasound medical and other equipment manufactured and used in Russia. GET 201-2012 is supplemented with a facility for reproducing and transmitting the unit of sound velocity in water using the time-of-flight pulse method with a variable base. The change in the base length is measured using the optical interference method, and the time delay is measured using characteristic points of pulse signals. Prospects for improving primary standards are discussed. Attention is drawn to the problems that have arisen in the participation of the Russia in international comparisons and possible ways to solve them.

гидроакустические измеренияспециальный многофункциональный метрологический бассейнгосударственный первичный эталонметоды измеренийцифровая платформасличения эталоновunderwater acoustic measurementsspecial multifunctional metrological water tankstate primary standardmeasurement techniquesdigital platformcomparison of standardsReferencesИсаев А. Е., Матвеев А. Н., Некрич Г. С., Некрич С. Ф., Сильвестров С. В. Государственный первичный эталон единиц звукового давления и колебательной скорости в водной среде ГЭТ 55-2017. Измерительная техника, (8), 3–5 (2017). https://elibrary.ru/zgwhajIsaev A. E., Matveev A. N., Nekrich G. S., Nekrich S. F., Sil’vestrov S. V. State primary standard GET 55-2017 for units of sound pressure and vibrational velocity in a water medium. Measurement Techniques, 60(8), 751–754 (2017). https://doi.org/10.1007/s11018-017-1266-4Еняков А. М., Кузнецов С. И., Лукин Г. С. Государственный первичный эталон единицы мощности ультразвука в воде ГЭТ 169-2019. Измерительная техника, (3), 3–8 (2020). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-3-3-8Еnyakov А. М., Kuznetsov S. I., Lukin G. S. State primary standard of ultrasound power unit in water GET 169-2019. Measurement Techniques, 63(3), 151–157 (2020). https://doi.org/10.1007/s11018-020-01765-5Белогольский В. А., Сильвестров С. В. Государственный первичный эталон единицы скорости звука в жидких средах ГЭТ 201-2012. В кн.: Российская метрологическая энциклопедия. Под ред. Окрепилова В. В. В 2 т. Т. 1. С. 571–572. ИИФ «Лики России», Санкт-Петербург (2015). https://www.elibrary.ru/usewirBelogol’skij V. A., Sil’vestrov S. V. State primary standard of the unit of sound speed in liquid media GET 201-2012, In: Okrepilov V. V. (ed.) Russian Metrological Encyclopedia, vol. 1, pp. 571–572. IIF Liki Rossii, St. Petersburg (2015). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/usewirИсаев А. Е., Поликарпов А. М., Хатамтаев Б. И. Экспериментальное определение акустического центра измерительного гидрофона. Альманах современной метрологии, (2(30)), 56–71 (2022). https://www.elibrary.ru/iwdutpIsaev A. E., Polikarpov A. M., Khatamtaev B. I. Experimental determination of the acoustic center of a measuring hydrophone. Al'manac of Modern Metrology, (2(30)), 56–71 (2022). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/iwdutpХатамтаев Б. И., Щерблюк Н. Г. Экспериментальное определение акустического центра измерительного гидрофона. Измерительная техника, (10), 53–57 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-10-53-57Khatamtaev B. I., Shcherblyuk N. G. Experimental determination of the acoustic center of a measuring hydrophone. Measurement Techniques, 65(10), 763–768 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02149-1Исаев А. Е., Хатамтаев Б. И. Акустический центр измерительного гидрофона. Акустический журнал, 69(1), 63–72 (2023). https://doi.org/10.31857/S0320791922060053Isaev A. E., Khatamtaev B. I. The Acoustic Center of a Measuring Hydrophone. Acoustical Physics, 69(1), 93–101 (2023). https://doi.org/10.1134/S1063771022060057Исаев А. Е., Хатамтаев Б. И. Аналитическое представление комплексной частотной характеристики гидрофона. Измерительная техника, (8), 16–20 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-8-16-20Isaev A. E., Khatamtaev B. I. Analytical representation of the complex frequency response of a hydrophone. Measurement Techniques, 64(8), 622–627 (2021). https://doi.org/10.1007/s11018-021-01981-7Исаев А. Е., Поликарпов А. М. Представление частотной характеристики гидрофона формулой как практическая целесообразность и расширение возможностей цифровой платформы метрологии. Альманах современной метрологии, (2(38)), 89–105 (2024). https://www.elibrary.ru/tlmbkxIsaev A. E., Polikarpov A. M. Representation of the hydrophone frequency response by a formula as practical feasibility and expansion the capabilities of metrology digital platform. Al'manac of Modern Metrology, (2(38)), 89–105 (2024). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/tlmbkxИсаев А. Е. Матвеев А. Н. Николаенко А. С. Поликарпов А. М. Чувствительность гидроакустического приёмника при измерениях подводного шума. Измерительная техника, (9), 61–65 (2018). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-9-61-65Isaev A. E., Matveev A. N., Nikolaenko A. S., Polikarpov A. M. Sensitivity of sonar receiver when measuring underwater noise. Measurement Techniques, 61(9), 944–949 (2018). https://doi.org/10.1007/s11018-018-1530-2Исаев А. Е., Черников И. В. Лабораторная градуировка гидроакустического приёмника в реверберационном поле шумового сигнала. Акустический журнал, 61(5), 1–9 (2015). https://doi.org/10.7868/S0320791915050093Isaev A. E., Chernikov I. V. Laboratory calibration of an underwater sound receiver in the reverberation fi eld of a noise signal. Acoustical Physics, 61(6), 699–706 (2015). https://doi.org/10.1134/S1063771015050097Исаев А. Е., Матвеев А. Н. Градуировка гидрофонов по полю при непрерывном излучении в реверберирующем бассейне. Акустический журнал, 55(6), 727–736 (2009). https://www.elibrary.ru/kxlfmnIsaev A. E., Matveev A. N. Calibration of hydrophones in a fi eld with continuous radiation in a reverberating pool. Acoustical Physics, 55(6), 762–770 (2009). https://doi.org/10.1134/S1063771009060104Исаев А. Е., Николаенко А. С. Лабораторная калибровка гидроакустического приёмника по полю на низких частотах. Измерительная техника, (1), 54–59 (2018). https://www.elibrary.ru/ynugapIsaev A. E., Nikolaenko A. S. Laboratory free-fi eld calibration of a hydroacoustic receiver at low frequencies. Measurement Techniques, 61(1), 72–78 (2018). https://doi.org/10.1007/s11018-018-1390-9Исаев А. Е. Матвеев А. Н., Смелов В. А., Щелкунов А. И. Снижение погрешности градуировки гидрофонов в свободном поле методом взаимности в гидроакустическом бассейне. Акустический журнал, 50(5), 628–637 (2004). https://www.elibrary.ru/oppuafIsaev A. E., Matveev A. N., Smelov V. A., Shchelkunov A. I. Reduction of the error of hydrophone calibration with respect to the fi eld in a hydroacoustic tank by the reciprocity method. Acoustical Physics, 50(5), 535–543 (2004). https://doi.org/10.1134/1.1797458Кузнецов С. И. Эталонный измеритель мощности ультразвука в воде ЭИМУ 3. Альманах современной метрологии, (3(31)), 31–44 (2022). https://www.elibrary.ru/nhawanKuznetsov S. I. Reference power meter for ultrasound beam in water EIMU-3, Al'manac of Modern Metrology, (3(31)), 31–44 (2022). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/nhawanЕняков А. М., Кузнецов С. И. Особенности применения звукопрозрачных металлизированных пленок для калибровки гидрофонов методами оптической интерферометрии в свободном поле. Альманах современной метрологии, (3(27)), 85–103 (2021). https://www.elibrary.ru/hnslfsEnyakov A. M., Kuznetsov S. I. Features of the application of sound-transparent metallized foils for the calibration of hydrophones using optical interferometry in free fi eld, Al'manac of Modern Metrology, (3(27)), 85–103 (2021). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/hnslfsЛомовацкий Ю. А., Саморукова Л. М., Сильвестров С. В. Времяпролетный способ определения скорости звука в жидких средах и устройство для его осуществления: пат. RU 2786786 C1. Изобретения. Полезные модели, № 36 (2022).Lomovatskiy Yu. A., Samorukova L. M., Silvestrov S. V. Time-of-fl ight method for determining the speed of sound in liquid media and a device for its implementation: Patent RU 2786786 C1. Inventions. Utility models, no. 36 (2022).Ломовацкий Ю. А. Измерения скорости звука в воде. Материалы седьмой международной научно-технической конференции «Измерения и испытания в судостроении и смежных отраслях Судометрика 2018». Под ред. Грановского В. А. С. 14–15. «ЦНИИ «Электроприбор», Санкт-Петербург (2018). https://www.elektropribor.spb.ru/upload/medialibrary/b79/Sbornik_F.pdfLomovatskiy Yu. A. Izmereniya skorosti zvuka v vode. In: Granovskiy V. A. (ed.) Izmereniya i ispytaniya v sudostroyenii i smezhnykh otraslyakh Sudometrika 2018, pp. 14–15, St. Petersburg, (2018). (In Russ.) https://www.elektropribor.spb.ru/upload/medialibrary/b79/Sbornik_F.pdfИсаев А. Е., Матвеев А. Н., Некрич Г. С. и др. Результаты пилотных сличений национальных эталонов единицы колебательной скорости частиц водной среды КООМЕТ 646/RU/14. Измерительная техника, (7), 67–72 (2019). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-7-67-72Isaev A. E., Matveev A. N., Nekrich G. S. et al. Results of the COOMET 646/RU/14 pilot comparison of national standards of the unit of sound oscillation velocity of water particles. Measurement Techniques, 62(7), 651–658 (2019). https://doi.org/10.1007/s11018-019-01674-2Исаев А. Е., И Чен, Матвеев А. Н. и др. Результаты пилотных сличений амплитудно-фазовых калибровок гидрофонов в частотном диапазоне 10–500 кГц КООМЕТ 786/RU-а/19. Измерительная техника, (3), 67–72 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-3-67-72Isaev A. E., Yi C., Matveev A. N. et al. Results of pilot comparisons of amplitude–phase calibrations of hydrophones in the frequency range 10–500 kHz COOMET 786/RU-A/19. Measurement Techniques, 66(3), 211–216 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02212-xChen Y., Isaev А. Е., Matveev A. N. et al. The COOMET Pilot Comparison 473/RU-a/09: Comparison of hydrophone calibrations in the frequency range 250 Hz to 200 kHz. Metrologia, 48(1A), 09004 (2011). https://doi.org/10.1088/0026-1394/48/1A/09004Chen Y., Isaev А. Е., Matveev A. N. et al. The COOMET Pilot Comparison 473/RU-a/09: Comparison of hydrophone calibrations in the frequency range 250 Hz to 200 kHz. Metrologia, 48(1A), 09004 (2011). https://doi.org/10.1088/0026-1394/48/1A/09004Chen Y., Isaev A. E., Matveev A. N. et al. COOMET.AUV.W-S1 supplementary comparison of free-fi eld hydrophone calibrations in the frequency range 250 Hz to 8 kHz. Metrologia, 52(1A), 09001 (2015). https://doi.org/10.1088/0026-1394/52/1A/09001Chen Y., Isaev A. E., Matveev A. N. et al. COOMET.AUV.W-S1 supplementary comparison of free-fi eld hydrophone calibrations in the frequency range 250 Hz to 8 kHz. Metrologia, 52(1A), 09001 (2015). https://doi.org/10.1088/0026-1394/52/1A/09001Исаев А. Е., Матвеев А. Н., Щерблюк Н. Г. и др. Межлабораторные сличения эталонов в области гидроакустических измерений в частотном диапазоне 3–500 кГц. Измерительная техника, (1), 69–72 (2016). https://www.elibrary.ru/vtysynIsaev A. E., Matveev A. N., Shcherbluck N. G. et al. Interlaboratory comparisons of hydrophone calibration in the 3– 500 kHz frequency range. Measurement Techniques, 59(1), 99–103 (2016). https://doi.org/10.1007/s11018-016-0924-2Robinson S. P. et al. CCAUV.W-K2 fi nal report – key comparison CCAUV.W-K2: calibration of hydrophones in the frequency range from 250 Hz to 500 kHz. Metrologia, 59(1A), 09003 (2022). https://doi.org/10.1088/0026-1394/59/1A/09003Robinson S. P. et al. CCAUV.W-K2 fi nal report – key comparison CCAUV.W-K2: calibration of hydrophones in the frequency range from 250 Hz to 500 kHz. Metrologia, 59(1A), 09003 (2022). https://doi.org/10.1088/0026-1394/59/1A/09003Исаев А. Е., Матвеев А. Н., Стрелов С. В., Щерблюк Н. Г. Ключевые сличения CCAUV.W-K2: особенности калибровки гидрофонов. Измерительная техника, 73(1), 67–72 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-1-67-72Isaev A. E., Matveev A. N., Strelov S. V., Shcherblyuk N. G. Key comparison CCAUV.W-K2: features of hydrophone calibration. Measurement Techniques, 67(1), 79–86 (2024). https://doi.org/10.1007/s11018-024-02323-z

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