Применение звукопроводящей полимерной плёнки для калибровки гидрофонов методами оптической интерферометрии

Журнал «Измерительная техника», №5, 72 стр.
Май 2021

Применение звукопроводящей полимерной плёнки для калибровки гидрофонов методами оптической интерферометрии

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-5-61-66
Авторы: Александр Михайлович Еняков, Сергей Игоревич Кузнецов, Георгий Сергеевич Лукин
Ключевые слова: гидрофон, коэффициент отражения, коэффициент прохождения, оптическая интерферометрия, полимерная металлизированная плёнка, скорость звука
Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

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.

Список литературы

1. Koukoulas T. et al., Proceedings of the 11th European Conference on Underwater Acoustics, January 2012, Edinburgh, UK. https://doi.org/10.13140/2.1.4367.2005

2. Drain L. E., Scruby C. B., Laser Ultrasonics, New York, Adam Hilger, 1990.

3. Bacon D. R., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1988, vol. 35, no. 2. https://doi.org/10.1109/58.4165

4. Esward T. J., Robinson S. P., IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, 1999, vol. 46, no. 3, рp. 737–744. https://doi.org/10.1109/58.764860

5. Koch Ch., Molkenstruck W., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1999, vol. 46, no. 5, pр. 1303–1314. https://doi.org/10.1109/58.796135

6. Weber M., Wilkens V., Metrologia, 2017, vol. 54, no. 4, pр. 432–444. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa72ba

7. Bickley 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/10.1088/1742-6596/1/1/007

8. 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.

9. 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.

10. Ping Yang, Guangzhen Xing, Longbiao He, Ultrasonics, 2013, vol. 54 (1), pp. 402–407. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2013.07.013

11. Preston 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/10.1088/0026-1394

12. Koch Ch., Ludwig G., Molkenstruck W., Ultrasonics, 1998, vol. 36 (1–5), pр. 721–725. https://doi.org/10.1016/S0041-624X(97)00121-2

13. Weber M., Wilkens V., Metrologia, 2017, vol. 54, pp. 432–444. https://doi.org/10.1088/1681-7575 14. Ржевкин С. Н. Курс лекций по теории звука. М.: МГУ, 1960. 337 с.

Application of a sound-conducting polymer foil for calibration of hydrophones by optical interferometry

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-5-61-66
Аuthors: Аlexander М. Еnyakov, Sergey I. Kuznetsov, Georgiy S. Lukin
Keywords: hydrophone, reflection coefficient, transmission coefficient, optical interferometry, polymer metallized foil, speed of sound

Annotation

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.



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46