izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/10.32446/0368-1025it.2025-3-79-83izmertech-2365Research ArticleАКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯACOUSTIC MEASUREMENTSОпределение фазочастотной характеристики гидрофона при периодических калибровкахDetermination of the hydrophone phase response during periodic calibrationshttps://orcid.org/0000-0002-0718-5234ИсаевА. Е.IsaevA. E.

г. п. Менделеево, Московская обл

Mendeleevo, Moscow region

isaev@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation2025140720257437983Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2365

Фазовая калибровка гидрофона по сравнению с традиционной амплитудной калибровкой достаточно трудоёмкая и в значительно меньшей степени отработана методически, в силу чего результаты фазовой калибровки зависят от искусства экспериментатора. Предложен расчётный метод определения фазочастотной характеристики гидрофона, позволяющий уменьшить трудоёмкость периодических калибровок. На основе экспериментально подтверждённой применимости к гидрофону концепции минимально-фазовой системы калибруемый гидрофон представляют моделью в виде звена опережения и минимально-фазового четырёхполюсника. По результатам первичной калибровки определяют эквивалентный радиус гидрофона. При периодических калибровках исключают фазовые измерения и определяют амплитудно-частотную характеристику чувствительности, по которой с использованием преобразования Гильберта вычисляют минимальную фазочастотную характеристику гидрофона. Фазочастотную характеристику чувствительности гидрофона получают как сумму минимальной фазочастотной характеристики и частотной зависимости набега фазы звуковой волны при её распространении в воде на расстояние, равное эквивалентному радиусу гидрофона. Описан эксперимент по определению эквивалентного радиуса гидрофона при первичной калибровке. Применение предложенного расчётного метода многократно сокращает трудоёмкость периодической поверки, уменьшает загрузку и сберегает ресурс первичного эталона, поскольку отпадает необходимость задействовать его при периодических калибровках..

traditional amplitude calibration, which is why its results depend on the art of the experimenter. A calculation method for determining the phase response of a hydrophone is proposed, which makes it possible to reduce the labor intensity of its periodic calibrations. Based on the experimentally confirmed applicability of the minimum-phase system concept to a hydrophone, the calibrated hydrophone is represented by a model in the form of an advance link and a minimum-phase fourpole network. Based on the results of the primary calibration, the equivalent radius of the hydrophone determine. No phase measurements are performed during periodic calibrations. The amplitude response of sensitivity is determined, according to which, using the Hilbert transform, the minimum phase response of the hydrophone is calculated. The phase response of the hydrophone sensitivity is obtained as the sum of the minimum phase response and the frequency dependence of the phase incursion of the sound wave during its propagation in water over a distance equal to the equivalent radius of the hydrophone. An experiment to determine the equivalent radius of a hydrophone is described. Using the calculation method, the labor intensity of periodic verification is reduced many times over, the load is reduced, and the resource of a specialized measurement standard is saved, since the need to use high-rank standards during periodic calibrations disappears.

гидрофонпериодическая амплитудно-фазовая калибровкаминимально-фазовая системазвено опереженияамплитудно-частотная характеристика чувствительностипреобразование Гильбертаминимальная фазочастотная характеристикаэквивалентный радиусhydrophoneperiodic amplitude-phase calibrationminimum-phase systemadvance linkamplitude responseHilbert transformminimum phase responseequivalent radiusВо время подготовки данной рукописи не было получено никаких средств, грантов или другой поддержкиReferencesLuker L. D., Van Buren A. L. Phase calibration of hydrophones. Journal of the Acoustical Society of America, 70, 516– 519 (1981). https://doi.org/10.1121/1.386715Luker L. D., Van Buren A. L. Phase calibration of hydrophones. Journal of the Acoustical Society of America, 70, 516– 519 (1981). https://doi.org/10.1121/1.386715Исаев А. Е., Матвеев А. Н., Поликарпов А. М., Щерблюк Н. Г. Измерение фазочастотной характеристики чувствительности гидрофона по полю методом взаимности. Измерительная техника, (6), 56–59 (2013). https://elibrary.ru/qctxepIsaev A. E., Matveev A. N., Polikarpov A. M., Shcherblyuk N. G. Measurement of the sensitivity phase-frequency characteristics of hydrophones by the reciprocity method. Measurement Techniques, 56(6), 706–711 (2013). https://doi.org/10.1007/s11018-013-0269-zHayman G., Robinson S. Phase calibration of hydrophones by the free-field reciprocity method. Proceeding of the 11th European Conference on Underwater Acoustics, Roma, рр. 1437–1444 (2012). https://doi.org/10.1121/1.4770061Hayman G., Robinson S. Phase calibration of hydrophones by the free-field reciprocity method. Proceeding of the 11th European Conference on Underwater Acoustics, Roma, 1437–1444 (2012). https://doi.org/10.1121/1.4770061Hayman G., Wang Y., Robinson S. P. A comparison of two methods for phase response calibration of hydrophones in the frequency range 10–400 kHz. Journal of the Acoustical Society of America, 133(2), 750–759 (2013). https://doi.org/10.1121/1.4774272Hayman G., Wang Y., Robinson S. P. A comparison of two methods for phase response calibration of hydrophones in the frequency range 10–400 kHz. Journal of the Acoustical Society of America, 133(2), 750–759 (2013). https://doi.org/10.1121/1.4774272Хатамтаев Б. И., Щерблюк Н. Г. Акустический центр измерительного гидрофона и его экспериментальное определение. Измерительная Техника, (10), 53–57 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-10-53-57 ; https://elibrary.ru/tgatyuKhatamtaev 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/s11018-023-02149-1Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров. Изд. 12-е, испр. и доп. Юрайт, Москва (2014).Bessonov L. A. Theoretical foundations of electrical engineering. Electrical circuits: a textbook for bachelors, 12th ed. сorrected and additional, Yurajt, Moscow (2014). (In Russ.)Исаев А. Е., Хатамтаев Б. И. Определение фазочастотной характеристики гидрофона по амплитудно-частотной характеристике. Измерительная техника, (7), 49–54 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-7-48-53 ; https://elibrary.ru/duaaboIsaev A. E., Khatamtaev B. I. Determination of the hydrophone phase-frequency response by its amplitude-frequency response. Measurement Techniques, 64(7), 580–585 (2021). https://doi.org/10.1007/s11018-021-01974-6Исаев 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://elibrary.ru/tlmbkxIsaev A. E., Polikarpov A. M. Representation of the hydrophone frequency response by a formula as practical feasibility and expansion of the capabilities of metrology digital platform. Al’manac of Modern Metrology, (2(38)), 89–105 (2024). (In Russ.) https://elibrary.ru/tlmbkxMasahiro Yoshioka. Difference between nominal and measured active element sizes of hydrophones. Japanese Journal of Applied Physics, 47(5), 3926–3928 (2008). https://doi.org/10.1143/JJAP.47.3926Masahiro Yoshioka. Difference between nominal and measured active element sizes of hydrophones. Japanese Journal of Applied Physics, 47(5), 3926–3928 (2008). https://doi.org/10.1143/JJAP.47.3926Исаев А. Е., Хатамтаев Б. И. Эквивалентный размер и акустический центр измерительного гидрофона. Измерительная техника, (12), 58–63 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-58-63 ; https://elibrary.ru/gtxojzIsaev A. E., Khatamtaev B. I. Equivalent size and acoustic center of measuring hydrophone. Measurement Techniques,65(4), 929–935 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02174-0

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