Подготовка и проведение измерений
Выбирают акустическую нагрузку, устанавливают на ней ПЭП и добиваются устойчивого повторения эхо-сигнала, как указано в п. 2.1.2.
Измеряют с помощью осциллографа значения параметров эхо- импульса , /j+(-), ^max, tN, Umax (черт. 8) и максимальное значение импульса тока возбуждения.
Параметры импульса тока возбуждения определяют путем измерения электрического напряжения на активном сопротивлении /?і, включенном в цепь тока возбуждения ПЭП или подключенном к генератору через широкополосный трансформатор.
Импульсный коэффициент преобразования Кы , дБ, вычисляют по формуле
№, = 201g I I (3)
где t/max — максимальное значение эхо-импульса, В; UR— максимальное значение напряжения на сопротивлении Ri, В; Ri — сопротивление в цепи тока возбуждения ПЭП, Ом; Киї —опорный уровень, Киї =1 В/А.
Для повышения точности определения Кщ контактных ПЭП по п. 2.2.3 допускается вводить поправку у, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала в нагрузке, обусловленного зату
ханием звука. Для этого в исходную формулу (3) следует ввести слагаемое у, определенное в п. 2.1.4. Для иммерсионных ПЭП допускается вводить поправку 1Г, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала при переходе звука через границу вода — плоский отражатель. Для этого в формулу (3) следует добавить слагаемое W, определенное в п. 2.1.4.
Метод измерения амплитудно-частотной характеристики Ллш(ш) (®), частоты максимума преобразования fuu<ui) и ее отклонения от номинального значения, полосы пропускания Д/ищш), граничных частот полосы пропускания fH, fe, неравномерности амплитудно-частотной характеристики Вии(ш> и коэффициента преобразования /Сищиі)) и его отклонения от номинального значения.
Аппаратура
Измерения следует проводить на установке, схема которой приведена на черт. 9 или 10.
Черт. 9
Черт. 10
/—генератор радиоимпульсов; 2—приемник;
3—осциллограф; 4—частотомер; 5—проверяемый ПЭП; 6—акустическая нагрузка
/—генератор импульсов возбуждения; 2—приемник; 3—осциллограф; 4—анализатор спектра; 5—проверяемый ПЭП; 6—акустическая нагрузка
Установка, показанная на черт. 9, обеспечивает измерение методом, основанным на возбуждении ПЭП радиоимпульсом с прямоугольной огибающей и последующим измерением отношения амплитуд эхо-сигналов и импульсов возбуждения в разных точках рабочего диапазона частот, а установка, показанная на черт. 10, — методом, основанным на возбуждении ПЭП электрическим импульсом произвольной формы и последующим измерением отношения амплитуд огибающей спектра эхо-сигнала и огибающей спектра импульса возбуждения.
Генератор радиоимпульсов должен обеспечить возбуждение ПЭП радиоимпульсами с частотой заполнения 0,16—30,0 МГц, длительностью (5—15) f~'‘ мкс (/ — частота заполнения, МГц), амплитудой напряжения не менее 5 f~l Ви иметь подавление сигналов в паузе между радиоимпульсами не менее 70 дБ.Приемник должен обеспечить прием эхо-импульсов в диапазоне частот 0,16—30,0 МГц, иметь чувствительность не хуже 2 мВ, входное сопротивление не менее 20 Zn-Э (со), регулировку усиления 0—60 дБ с погрешностью не более 0,5 дБ. При работе в схеме черт. 10 приемник должен также обеспечить временное селекти- рование эхо-импульса с регулируемым интервалом пропускания 1—100 мкс. Широполосный усилитель должен быть устойчив к перегрузкам сигналов генератора видеоимпульсов.
Частотомер должен иметь следующие параметры: диапазон частот 0,16—30,0 МГц; погрешность измерения частоты не более 0,1%.
Генератор импульсов возбуждения должен иметь параметры: амплитуду напряжения импульсов возбуждения ПЭП не менее 6 f-1 и не более 600 В; длительность импульса в пределах диапазона (5—15) f-1 мкс, где f — номинальное значение fuu измеряемого ПЭП, МГц; подавление сигналов в паузе между импульсами не менее 80 дБ.
Анализатор спектра должен иметь следующие параметры: диапазон частот 0,16—30,0 МГц; полосу пропускания, регулируемую в пределах 3—70 кГц.
Осциллограф и акустические нагрузки должны иметь параметры согласно п. 2.1.1.
Сопротивление R может быть включено как непосредственно в цепь тока возбуждения ПЭП, так и подключено к ней через широкополосный трансформатор.
Подготовка и проведение измерений
Выбирают акустическую нагрузку, устанавливают на ней ПЭП и добиваются устойчивого повторения первого эхо-им- пульса (далее — эхо-импульса), как указано в п. 2.1.2.
Измерения на установке по черт. 9 выполняют следующим образом. В пределах рабочего диапазона частот ПЭП устанавливают п различных частот заполнения радиоимпульса, длительность которого должна быть такой, чтобы эхо-импульс имел в средней части не менее двух периодов установившихся синусоидальных колебаний. С помощью приемника и осциллографа определяют значения:
ХЬи=£/'п-^и; Аш = Ul„-U'R-, 4=1,2 п, (4)
где І7!и — амплитуда импульса напряжения возбуждения ПЭП на частоте f, дБ; J/’r — амплитуда импульса напряжения на сопротивлении R на частоте дБ; U'n— амплитуда импульса напряжения эхо-импульса на частоте fl, дБ.
Измерения t/'и и Uln выполняют при положении переключателя 1—2; [/‘r — при положении 1—3. Измерение (/‘п(и,ю выполняют по амплитуде или размаху эхо-импульса в области установившихся колебаний.
Измерения на установке по черт. 10 выполняют следующим образом. Устанавливают положение и длительность строба селектора приемника такими, чтобы на выход приемника поступал сигнал или только от эхо-импульса, или от импульса возбуждения ПЭП. Используя регулировки приемника и анализатора спектра, определяют в п точках рабочего диапазона частот ПЭП значения:
Kbu =Pin-t7‘H; К'т =и'п—и'*-, 1=1,2 ...., п, (5) где (7*и — амплитуда огибающей спектра импульса напряжения возбуждения ПЭП на частоте f', дБ; L/'r — амплитуда огибающей спектра импульса напряжения на сопротивлении R на частоте fl, дБ; U'„ — амплитуда огибающей спектра эхо-импульса на частоте /*, дБ.
Количество точек п частотного диапазона по пп. 2.3.2.2, 2.3.2.3 выбирают из условия обеспечения требуемой точности измерения соответствующих параметров конкретного типа ПЭП.
Обработка результатов измерений
Амплитудно-частотную характеристику Киї (со) определяют по формуле
Kui(co)=Kbi +20 1g (Кс/КВі ),t = l,2,3,...,n, (6)
где Киї — отношение напряжений, измеренных в пп. 2.3.2.2, 2.3.2.3, дБ; Ко — сопротивление в цепи тока возбуждения ПЭП, Ом; Кщ —опорный уровень Киї, равный 1 В/А.
Амплитудно-частотной характеристикой Кищиі) (со) является зависимость Кии от частоты, полученная по пп. 2.3.2.2, 2.3.2.3.
Максимальные значения Кищио (со) являются коэффициентами' преобразования Кищиі), а соответствующие им частоты являются частотами максимума преобразования /ищиі). Разности между значениями Kuu(ui) и /ищиі) и их номинальными значениями являются их отклонениями от номинальных значений соответственно.
Ширину полосы пропускания Afuu(ui) вычисляют по формуле
Afuu(ui) =fuu(ui) —fuucui) . (7)
где fuucui) , fuucun —верхняя и нижняя границы интервала частот, МГц, включающего в себя fuu(ui), на которых Кищиц (со) принимает значения на уровне минус 6 дБ.
Частоты fuu(ui) > f иисип равны соответственно граничным частотам пропускания )в, /н, МГц.
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики Вищип* дБ, вычисляют по формуле
р
(8)
izmax jzmin£>UU(UI) — Auu(ui) —AUU(UI) ,
iztnin, max >zmin, max / ,
где Лии , Лш -минимальные (максимальные) значения, соответственно, /Сии (со), К.ш (со) в рабочей области частот ПЭП, дБ.
Для повышения точности измерений параметров по п. 2.3.2.5 допускается вводить поправку Дш, исключающую влияние шунтирования ПЭП в режиме приема электрическим сопротивлением схемы измерения, а также для контактных ПЭП поправку у, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала, обусловленного затуханием звука в нагрузке и для иммерсионных ПЭП поправку W, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала при переходе звука через границу вода—плоский отражатель. Для этого в исходные формулы (4), (5) следует ввести слагаемое W по п. 2.1.4 и (или) у и (или) Л’ш, значения которых вычисляют по формулам:
у = а‘{z; (9)
Лш = —201g (Z™, /Z3), (10)
где а1 f — коэффициент затухания звука в материале нагрузки на частоте /*, дБ/мм; г — путь, пройденный эхо-сигналом в нагрузке, мм; /п!э —электрическое сопротивление ПЭП на частоте Р, Ом; Z3— модуль электрического сопротивления схемы черт. 9, 10 между точкой «I» и корпусом при подключенном ПЭП, Ом.
Метод измерения электрического сопротивления ПЭП Z^ (ш),Гп.Нэ ,ZLH .
Аппаратура
. Измерения следует проводить на установке, схема которой приведена на черт. 11, 12.
7—частотомер; 2—измеритель АЧХ;
3—графопостроитель; 2ПЭ—прове
Черт. 12
Zaэ—проверяемый ПЭП; Z2— электрическая нагрузка
ряемый ПЭП; Zi—электрическая на-
грузка; 4—акустическая нагрузка
Черт. 11
Измеритель АЧХ — прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик — должен иметь следующие параметры: диапазон частот не уже 0,1—35,0 МГц; погрешность измерения относительной амплитуды—в пределах ± (0,4 + 0,1 А) дБ, где А — измеренная относительная амплитуда, дБ; входное сопротивление не менее 20 Zn-э (ы); входную емкость — не более 30 пФ.
Графопостроитель (двухкоординатный самописец) должен иметь диапазон масштабов регистрации по обоим каналам не ўже 0,1—25,0 мВ/см; погрешность записи в пределах ±1%.
Электрическая нагрузка Z — активное или емкостное сопротивление, предназначенное для обеспечения постоянства амплитуды тока, протекающего через ПЭП, должно удовлетворять в рабочей области частот условию /Zi/>(10—20) Zn.3 (w).
Акустическая нагрузка.
Нагрузка для контактного ПЭП должна соответствовать черт. 13.
Материал — оргстекло, сталь 45, алюминиевый сплав Д16Т. Допуск плоскостности и параметры шероховатости рабочей поверхности должны соответствовать табл. 1. Нагрузкой для иммерсионного ПЭП служит вода.
Частотомер должен иметь параметры согласно п. 2.3.1.
Подготовка и проведение измерений
Выбирают акустическую нагрузку в зависимости от типа ПЭП. Материал нагрузки должен быть таким же, как и материал нагрузки, используемой при измерении Kvu, Kvn ■ Если Кии . Кии измерялись с использованием нагрузки из кварцевого стекла, то при определении Zn.s следует использовать нагрузку из алюминиевого сплава Д16Т. При определении электрического сопротивления Гл.э нагрузкой ПЭП служит воздух, акустическое сопротивление которого считают равным нулю.
Подключают ПЭП к установке, как показано на черт. 11. Контактные ПЭП устанавливают на акустическую нагрузку. При этом прямой ПЭП устанавливают согласно черт. 14, наклонный — черт.
Черт. 14 Черт. 15
Измерение электрического сопротивления ПЭП выполняют путем сравнения с сопротивлением Z3 опорного конденсатора или резистора. Для этого устанавливают масштабы изображения на экране измерителя АЧХ и графопостроителя, обеспечивающие наибольшую точность измерения. Проводят запись на графопостроителе кривой Zn.3 (со) и меток частоты. Подключают вместо ПЭП опорные сопротивления Z'3, Z"3 и проводят запись графиков зависимости Z3( * от частоты. Значения Z, выбирают такими, чтобы кривые зависимости Z9(1 (со) легли в области минимума и максимума кривой Zn,3 (со). Электрическое сопротивление Zn.3 (со) определяют, используя опорные значения кривых Zj"’ , метки частоты и масштабы изображения. Значения Z?t(p) соответствуют максимуму (минимуму) кривой Zn,3 (со).
Значения Zn.a (со) можно также определять по кривой зависимости Zn.s (со) на экране измерителя АЧХ путем подбора Z3, при которых обеспечивается совпадение изображения Z3 (со) и Zn,3 (со) в точках минимума и максимума Z„,3 (со), соответственно.
Сопротивления Z3 должны быть определены с погрешностью не более 2%.
Для повышения точности измерений Zn.3P) , а также в случае, когда входное сопротивление измерителя АЧХ менее чем 20Zn,3 (со), допускается выполнять подключение ПЭП к измерителю АЧХ по схеме черт. 12, где /Z2/<Zn.3 (со) X (10—20). В этом случае на экране измерителя АЧХ наблюдается зависимость Уп.з (co)=l/Zn.3 (со), а частотой резонанса является частота в точке максимума графика зависимости Уп.э (со).
Метод измерения коэффициента преобразования Кои(иа) , частоты максимума преобразования f au(ua) , полосы пропускания Д/Ъицлт) , неравномерности амплитудно-частотной характеристики Bau(Ua)
-Измеряют амплитудно-частотную характеристику Кии (со) и электрическое сопротивление 2п.э (со), как указано в пп. 2.3, 2.4. Если выполнить измерение Кии (со) по п. 2.3 невозможно из-за большой длительности импульса возбуждения ПЭП на уровне эхо- сигнала, то допускается использовать акустические нагрузки, имеющие значения Н, больше указанных в табл. 1, или выполнять измерения Кии (со) в теневом варианте, используя для этого два дополнительных однотипных ПЭП, установленных соосно с измеряемым ПЭП на противоположной стороне акустической нагрузки. Проверяемый ПЭП следует при этом подключить к приемнику.
Вычисляют амплитудно-частотные характеристики Каи (со), Киа (со), дБ, по формулам:
