Spis treści - Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

PROCEDURA BADAWCZA
LBH PG
dok. nr PB-02
str. 1/9
wyd. 18.03.16
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
PROCEDURA BADAWCZA
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ
NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
Opracował: Krzysztof Czarnecki
Data: 18.03.2016
Podpis:
Zatwierdziła: Alicja Salomon
Data: 18.03.2016
Podpis:
Spis treści
1 Cel i zakres procedury
2 Definicje
3 Odpowiedzialność i uprawnienia
3.1 Kierownik Laboratorium . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Kierownik Techniczny . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Pracownicy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Opis postępowania
4.1 Miejsce wykonywania pomiarów . . . . . . . . . . . . .
4.2 Warunki pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Pomiar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Konfiguracja aparatury . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Niepewności pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1 Niepewność pomiaru odległości . . . . . . . . .
4.6 Kryteria przyjęcia pomiarów . . . . . . . . . . . . . .
4.7 Nadzorowanie danych . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Dokumenty związane
6 Zapisy
7 Załączniki
8 Zmiany
9 Informacje dodatkowe
9.1 Potwierdzenie weryfikacji i uzgodnień treści procedury
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
2
2
2
2
2
2
3
3
3
5
6
6
7
8
8
8
9
9
9
9
9
PROCEDURA BADAWCZA
LBH PG
dok. nr PB-02
1
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
str. 2/9
wyd. 18.03.16
Cel i zakres procedury
Celem niniejszego dokumentu jest zdefiniowanie procedury pomiarowej odpowiedzi napięciowej
na pobudzenie akustyczne w polu swobodnym realizowanej metodą bezpośrednią oraz określenie niepewności pomiarowej i warunków, jakie muszą być spełnione podczas prowadzenia pomiarów.
Obiektem badań są przetworniki ultradźwiękowe, w tym również zespoły przetworników. Pomiary
dotyczą sygnałów w paśmie częstotliwościowym od 30 kHz do 100 kHz oraz w zakresie napięcia od
1 mV do 20 V przy pobudzeniu o ciśnieniu z przedziału od 30 Pa do 300 Pa. Opisana w niniejszym
dokumencie metoda badawcza jest znormalizowana w normie PN-EN 60565 [5].
2
Definicje
•
•
•
•
•
3
Przetwornik – badany przetwornik ultradźwiękowy lub zespół takich przetworników.
Nadajnik – pomocniczy przetwornik generujący pobudzenie, źródło sygnału testującego.
Hydrofon – wzorcowany hydrofon referencyjny wykorzystywany do pomiaru porównawczego.
Laboratorium – Laboratorium Badawcze Hydroakustyki Politechniki Gdańskiej.
Pomiar odpowiedzi napięciowej na pobudzenie akustyczne (ang. Pressure Sensitivity),
w skrócie PS, wyraża właściwości odbiorcze przetwornika ultradźwiękowego lub zespołu takich
przetworników w liniowym zakresie pracy. PS oblicza się dla wybranej częstotliwości sygnału,
zazwyczaj jest to częstotliwość rezonansowa przetwornika. Możliwe jest również sporządzanie
charakterystyk PS dla pasma częstotliwościowego (tzw. funkcja przenoszenia). Pomiaru dokonuje
się w tzw. polu dalekim na wybranym kierunku, zazwyczaj na osi akustycznej.
Odpowiedzialność i uprawnienia
3.1
•
•
•
•
•
3.2
•
•
•
•
•
3.3
Kierownik Laboratorium
Nadzór nad stosowaniem procedury badawczej.
Nadzór nad dokumentami i zapisami.
Planowanie badań.
Autoryzacja wyników badań.
Zatrzymanie i wznowienie badań niezgodnych.
Kierownik Techniczny
Opracowanie procedur badawczych oraz instrukcji.
Odpowiedzialność za merytoryczną część procedury badawczej.
Prowadzenie walidacji metod badawczych.
Sporządzanie sprawozdań i raportów z badań.
Modyfikacja istniejących metod badawczych.
Pracownicy
• Wykonywanie pomiarów zgodnie z procedura badawczą.
• Archiwizacja wyników badań.
• Weryfikacja metod badawczych.
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
LBH PG
dok. nr PB-02
4
PROCEDURA BADAWCZA
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
str. 3/9
wyd. 18.03.16
Opis postępowania
4.1
Miejsce wykonywania pomiarów
Pomiary mogą być wykonywane w basenach krytych lub w akwenach otwartych, mogą również
dotyczyć urządzeń hydroakustycznych zainstalowanych na statkach lub okrętach wojennych zacumowanych w basenach portowych. Dodatkowo Wydział Elektroniki Telekomunikacji i Informatyki, Politechniki Gdańskiej udostępnia dla potrzeb Laboratorium wytłumiony basen pomiarowy, w którym
mogą być prowadzone badania niektórych przetworników ultradźwiękowych. Ponadto Wydział Elektroniki Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej zapewnia dla Laboratorium dostęp do
Stacji Badań Hydroakustycznych zlokalizowanej w Joninach Małych nad jeziorem Wdzydze. Stacja ta
wyposażona jest w pływający pomost o długości 40 m, kontener laboratoryjny posadowiony na pływającym katamaranie, oraz w stabilną wieżę pomiarową ustawianą na dnie jeziora. Wykonywanie badań
w różnych lokalizacjach narzuca szczególne warunki przechowywania, transportowania i instalowania
aparatury pomiarowej.
• Podczas wykonywania pomiarów na statkach lub okrętach wojennych aparatura pomiarowa powinna być umieszczona w udostępnionej w tym celu kabinie.
• Podczas wykonywania pomiarów terenowych w innych obcych obiektach dopuszcza się umieszczenie aparatury pomiarowej w samochodzie, przy zachowaniu szczególnej uwagi na bezpieczny
sposób jej mocowania w trakcie wykonywania pomiarów.
• W przypadku wykonywania pomiarów w innych obcych basenach krytych należy starannie dobrać bezpieczne miejsce usytuowania aparatury. W sytuacji braku odpowiedniego regału lub
stołu, należy zastosować stół składany będący na wyposażeniu LBH.
• Podczas wykonywania pomiarów w Bazie Terenowej w Joninach Małych aparaturę pomiarową
należy zainstalować w kontenerze pomiarowym oraz na pływającym pomoście. Dopuszcza się
używanie łodzi w przypadku, gdy badany przetwornik powinien być umieszczony na znacznej
odległości, przekraczającej wymiary dostępnego pomostu.
Aparatura pomiarowa oraz komputer do rejestracji danych pomiarowych powinny być przechowywane i transportowane w specjalnych ochronnych pojemnikach. W trakcie wykonywania badań,
szczególnie w obiektach nie należących do Politechniki Gdańskiej, należy zabezpieczyć aparaturę pomiarową oraz komputer do rejestracji danych przed dostępem osób postronnych.
4.2
Warunki pomiarowe
Pomiar PS wymaga spełnienia wszystkich następujących warunków.
I Pomiar powinien być prowadzony w tzw. akustycznym polu dalekim [5]. Upraszczając przyjmuje
się, że warunek ten jest spełniony, jeżeli odległości pomiędzy nadajnikiem a przetwornikiem
oraz nadajnikiem a hydrofonem są na tyle duże, że amplituda ciśnienia fali wypromieniowanej
przez nadajnik zmniejsza się, w przybliżeniu, liniowo wraz ze zwiększaniem tych odległości. Na
potrzeby niniejszej procedury wymaga się, aby minimalne odległości między nadajnikiem a
przetwornikiem i hydrofonem wynosiły:
dmin =
πr2
/λ
(1)
gdzie λ oznacza długość wysyłanej fali akustycznej oraz r największy geometryczny wymiar
powierzchni promieniującej nadajnika [1]. Wszystkie wymienione wielkości (dmin , r, λ) są wyrażone w tych samych jednostkach np. w metrach.
II Przed przystąpieniem do właściwego pomiaru należy określić następujące parametry:
• temperaturę wody w miejscu posadowienia przetwornika,
• zasolenie wody w miejscu posadowienia przetwornika,
• głębokość zanurzenia przetwornika,
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
LBH PG
dok. nr PB-02
•
•
•
•
PROCEDURA BADAWCZA
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
str. 4/9
wyd. 18.03.16
zafalowanie lustra wody,
temperaturę powietrza,
opady atmosferyczne,
kierunek i siłę wiatru.
Zasolenie ma znikomy wpływ na wynik pomiaru. Przyjmuje się, że jest stałe i określane w
następujący sposób:
• w polskich wodach śródlądowych i jeziorach, w tym w jeziorze Wdzydze, gdzie zlokalizowana
jest baza pomiarowa Politechniki Gdańskiej, wynosi zero promili (0h),
• w sztucznych basenach o ile nie sprecyzowano inaczej, w tym w basenie pomiarowym Politechniki Gdańskiej, wynosi zero promili (0h),
• w basenach portowych zlokalizowanych w ujściu płynących rzek, np. Portu Wojennego
Świnoujście, wynosi zero promili (0h),
• w polskiej wyłącznej strefie ekonomicznej oraz na polskich wodach terytorialnych morza
Bałtyckiego, w tym w basenach portowych polskich portów zlokalizowanych nad morzem
Bałtyckim wynosi siedem promili (7h),
• w oceanach i otwartych morzach wynosi trzydzieści pięć promili (35h).
Parametry otoczenia oraz mierzonego sygnału powinny być ustabilizowane i powinny mieścić
się w przyjętych zakresach. Dotyczy to szczególnie pola akustycznego, które w przybliżeniu powinno być jednorodne i pozbawione zaburzeń w chwili pomiaru oraz w mierzonej lokalizacji. W
warunkach laboratoryjnych warunek ten spełnia się poprzez wytłumienie ścian basenu pomiarowego, co w praktyce osiąga się przez zastosowanie specjalnie zbudowanych do tego celu komór
bezechowych [5]. W sytuacji niedostatecznego wytłumienia odbić, konieczne jest zastosowanie
dodatkowych metod minimalizujących wpływ interferencji.
Warunki dotyczące pomiarów prowadzonych w otwartych wodach stojących (jeziorach, basenach
portowych, basenach zewnętrznych, zalewach, morzu):
• Maksymalne falowanie lustra wody: 1◦ w skali Douglasa.
• Dopuszczalny zakres temperatury wody: od 0 do 30 ◦ C.
• Dopuszczalny zakres temperatury powietrza: od -5 do 35 ◦ C, przy czym nie należy eksponować aparatury pomiarowej, w tym również przewodów, na bezpośrednie działanie promieniowania słonecznego.
• Brak opadów i wyładowań atmosferycznych.
• Przestrzeń swobodna wokół przetwornika i zanurzonych urządzeń pomiarowych powinna
zapewniać prawidłowe warunki geometryczne wymagane w metodzie pomiarowej impulsowej opisane w [5].
Warunki dotyczące pomiarów prowadzonych w zadaszonych basenach zamkniętych:
• Pomiary mogą być prowadzone tylko w basenach z wodą stojącą.
• Pomiary możliwe jedynie dla przetworników o gabarytach, dla których spełnione zostało
wymaganie dalekiego pola akustycznego z punktu I.
• Basen musi być wyposażony w zestaw wysięgników i mocowań umożliwiających precyzyjne
mocowania przetwornika i urządzeń pomiarowych.
• Wymiar basenu powinien zapewniać prawidłowe warunki geometryczne wymagane w metodzie pomiarowej impulsowej opisane w [5].
• Dopuszczalny zakres temperatury wody: od 0 do 30 ◦ C.
Zapisy dotyczące rejestrowania warunków środowiskowych są bezpośrednio wprowadzane do elektronicznej karty pomiarowej i przechowywane wraz z zapisanymi rezultatami pomiarów. Dodatkowo zaleca się sporządzić szkic sytuacyjny najbliższego otoczenia uwzględniający położenie
przetwornika, przyrządów pomiarowych, linię brzegową, przebieg nabrzeża, rozłożenie pomostów, ścian basenu oraz ewentualnych przeszkód, jak np. burty zacumowanych okrętów.
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
PROCEDURA BADAWCZA
LBH PG
dok. nr PB-02
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
str. 5/9
wyd. 18.03.16
III W niniejszej procedurze stosuje się tzw. metodę impulsową [1]. Metodę tę można zastosować,
gdy nadajnik pobudzany jest kluczowanym sygnałem sinusoidalnym (modulowanym impulsem
prostokątnym). W wyniku propagacji wielodrogowej wszystkie sygnały odbite (np. od ścian basenu, dna, powierzchni wody lub innych obiektów) dochodzą do miejsc pomiaru później, niż
sygnał promieniowany bezpośrednio. Obserwując przebieg odebranego sygnału można określić,
który fragment jest wolny od interferencji i dalej dokonać pomiarów na podstawie tego tylko
fragmentu sygnału. Zaleca się, takie dobranie czasu trwania sygnału nadawczego, aby sygnały
dochodzące do przetwornika i hydrofonu w wyniku odbić nie nakładały się na sygnał dochodzący bezpośrednio (separacja w czasie). Zazwyczaj opóźnienia sygnałów odbitych będą tym
większe, im większe będą wymiary akwenu lub basenu pomiarowego, a tym samym fragment
odebranego sygnału wolny od interferencji będzie dłuższy. Determinuje to minimalne wymiary
basenu pomiarowego oraz minimalne odległości nadajnika, przetwornika i hydrofonu od dna
i powierzchni wody (konfigurację rozmieszczenia urządzeń w basenie określa norma [5]).
Fragment odebranego sygnału przeznaczonego do badania musi być ustabilizowany, a zatem należy unikać pomiarów prowadzonych w czasie tzw. stanów nieustalonych. Zjawisko to może poważnie utrudnić pomiary lub wręcz uniemożliwić zapewnienie pożądanej dokładności. W takich
sytuacjach wymagane jest wydłużenie sygnału nadawczego, tak by możliwe stało się ustabilizowanie nadajnika oraz przetwornika. Zatem uwzględniając warunek z poprzedniego punktu
III, pomiary należy przeprowadzić w większym basenie lub w akwenie otwartym w warunkach
umożliwiających wydłużenie nadawanego impulsu, tak by był wyraźnie widoczny fragment ustabilizowany i jednocześnie bez wpływu odbić.
Rys. 1. Przykład odbieranego sygnału (impuls prostokątny pokrywa się z ustabilizowanym fragmentem sygnału).
Rys. 2. Przebieg sygnału odstrojonego od rezonansu przetwornika (brak ustabilizowanego
fragmentu sygnału).
IV Nadajnik, przetwornik i hydrofon muszą być odtłuszczone i odpowietrzone [1, 5]. W tym celu
należy je wcześniej umyć przy pomocy środków zawierających detergenty. Natomiast przy wykonywaniu pomiarów, po zanurzeniu w wodzie należy odczekać przynajmniej piętnaście minut, tak
aby temperatury nadajnika, przetwornika, hydrofonu i ośrodka wyrównały się. Dodatkowo
należy zadbać o usunięcie pęcherzyków gazu, które ewentualnie osadziły się na urządzeniu. Nie
dokonanie tych zabiegów może zasadniczo wpłynąć na wyniki pomiarów [2].
4.3
Pomiar
Według Polskiej Normy [5], pkt. 3.21 – 22, str. 21, PS w skali logarytmicznej (wyrażone w decybelach) jest definiowane następująco:
Wp = 20 log Mp /Mref ,
(2)
gdzie Mref jest wielkością referencyjną Mref = 1 V/Pa, natomiast Mp jest zdefiniowane następująco:
Mp = Upp Pin ,
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
(3)
PROCEDURA BADAWCZA
LBH PG
dok. nr PB-02
str. 6/9
wyd. 18.03.16
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
gdzie Upp jest napięciem międzyszczytowym (ang. peak-to-peak ) indukowanym na otwartych zaciskach
przetwornika przy pobudzeniu tego przetwornika falą akustyczną, której wartość ciśnienia wynosi Pin .
W praktyce wartości PS muszą być mierzone za pomocą hydrofonu, dlatego w niniejszej procedurze do tego celu stosuje się poniższy wzór:
(4)
Wp ≈ 20 log Utr /Ucmp + 20 log dtr /dcmp + 20 log Rcmp /Rref
gdzie
•
•
•
•
Utr – napięcie międzyszczytowe na wyjściowych zaciskach przetwornika
dtr – odległość pomiędzy nadajnikiem i przetwornikiem
Ucmp – napięcie międzyszczytowe na wyjściowych zaciskach hydrofonu
Rcmp – skuteczność napięciowa hydrofonu (uwzględniając wpływ wzmacniaczy i tłumienie dodatkowych przewodów; wrażliwość, czułość, ang. pressure sensitivity of a hydrophone)
• dcmp – odległość pomiędzy nadajnikiem i hydrofonem
• Rref = 1 µV/Pa.
4.4
Konfiguracja aparatury
Na rysunku 3 przedstawiony jest schemat blokowy zestawu do pomiaru PS przetwornika. Ograniczony w czasie sygnał sinusoidalny (typu „burst”) transmitowany jest do nadajnika. Następnie
nadawany sygnał ultradźwiękowy, po przejściu przez toń wodną powoduje pobudzenie przetwornika,
które jest rejestrowane na oscyloskopie cyfrowym. Jednocześnie na drugi kanał oscyloskopu podawany
jest sygnał pobudzający nadajnik. Wykorzystuje się go do pomiaru odległości oraz synchronizacji oscyloskopu. W tym samym czasie przy pomocy hydrofonu dokonuje się pomiaru pobudzenia
akustycznego. Na trzeci kanał oscyloskopu podaję odpowiedź elektryczną (napięciową) hydrofonu.
Odległości pomiędzy nadajnikiem a przetwornikiem i hydrofonem wyznaczane są na podstawie
opóźnień odpowiednich sygnałów (pomiędzy nadajnikiem i hydrofonem oraz nadajnikiem i przetwornikiem). Po podłączeniu wszystkich wymaganych elementów aparatury pomiarowej należy dokonać
testowania poprawności działania całego systemu dokonując testowego pomiaru innego przetwornika
o znanych parametrach.
generator
?
oscyloskop
6
6
6
trójnik
BNC
?
przetwornik
nadajnik
hydrofon
Rys. 3. Poglądowy schemat konfiguracji aparatury pomiarowej (wraz z badanym przetwornikiem).
4.5
Niepewności pomiarowe
Niepewność pomiarowa jest obliczana zgodnie z dokumentem [7]. W sytuacji obliczania niepewności
dla pomiaru PS należy uwzględnić niepewności pomiarowe wszystkich zmiennych, od których zależny
jest pomiar, w następujący sposób:
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
LBH PG
dok. nr PB-02
PROCEDURA BADAWCZA
str. 7/9
wyd. 18.03.16
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
∆Mp = 20 log 1 +
s
∆U 2
tr
Utr
+
∆R
cmp
Rcmp
2
+
∆U
cmp
Ucmp
2
+
∆d 2
tr
dtr
+
∆d
cmp
2
!
dcmp
(5)
gdzie ∆ oznacza niepewność wyznaczania parametru następującego po tym symbolu. Informacje o
niepewnościach ∆Utr , ∆Rcmp oraz ∆Ucmp uzyskuje się ze specyfikacji aparatury pomiarowej, natomiast
sposób oszacowania niepewności pomiaru odległości przedstawiono w następnym punkcie.
4.5.1
Niepewność pomiaru odległości
Niepewność wyznaczania odległości ∆dtr oraz ∆dcmp w oparciu o pomiar czasu propagacji fali ma
charakter złożony i składa się z niepewności pomiaru czasu na oscyloskopie oraz niepewności prędkości
propagacji fali ultradźwiękowej w wodzie c w miejscu badań. Z kolei niepewność ∆c jest złożoną
niepewnością pomiaru temperatury i zasolenia. Według [3] prędkość propagacji fali ultradźwiękowej
w wodzie można oszacować na podstawie następującego wzoru:
c = 1449.2a0 + 4.6a1 T − 0.055a2 T 2 + 0.00029a3 T 3 + 0.016h + w(T, Z)
(6)
gdzie
• h oznacza głębokość wyrażoną w metrach
• w(T, Z) to funkcja zależna od temperatury T wyrażonej w stopniach Celsjusza oraz zasolenia Z
wyrażonego w promilach: w(T, Z) = (1.34a0 − 0.01a1 T )(Z − 35)
• ai = 1 m/(◦ Ci s)
Niniejsza procedura dotyczy prowadzenia pomiarów na niewielkich głębokościach maksymalnie do
10 metrów głębokości. Dopuszczalne warunki pomiaru, i jednocześnie istniejące warunki naturalne,
przewidują wartości zasolenia Z ∈ (0h, 35h), co przekłada się na następujące niepewności pomiaru
prędkości propagacji dźwięku w wodzie:
• dla temperatury 0◦ C i głębokości zera metrów błąd względny wynosi ∆c/c ≈ 0.0334,
• dla temperatury 30◦ C i głębokości dziesięciu metrów błąd względny wynosi ∆c/c ≈ 0.0241.
Niepewność pomiaru prędkości propagacji dźwięku w wodzie należy każdorazowo wyliczyć dla pomierzonej temperatury i głębokości zanurzenia przetwornika uwzględniając wzór (6) w wyliczeniach
niepewności pomiaru odległości. Poniżej przedstawiono wzór na wyznaczenie niepewności złożonej
pomiaru odległości uwzględniający niepewność pomiaru czasu oraz prędkości propagacji dźwięku w
wodzie:
v
!
u u ∆ttr 2 ∆c 2
t
∆dtr =
+
,
(7)
ttr
c
∆dcmp
v
!
u u ∆tcmp 2 ∆c 2
t
=
+
.
tcmp
c
(8)
gdzie ttr oraz tcmd wyrażają czasy propagacji sygnału pomiędzy nadajnikiem a odpowiednio przetwornikiem i hydrofonem. Niepewności pomiaru czasu (∆ttr oraz ∆tcmp ) są określone w specyfikacji
aparatury pomiarowej.
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
LBH PG
dok. nr PB-02
4.6
PROCEDURA BADAWCZA
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
str. 8/9
wyd. 18.03.16
Kryteria przyjęcia pomiarów
Należy zachować następujące ustalenia.
• Warunki środowiskowe. W sekcji 4.2 wyszczególnione są wszystkie warunki jakie muszą być
spełnione podczas prowadzenia pomiarów. Niespełnienie któregokolwiek z tych warunków skutkuje natychmiastowym porzuceniem wyniku pomiaru.
• Liniowość (dynamika). Badania należy poprzedzić weryfikacją liniowego zakresu pracy systemu pomiarowego wraz z mierzonym obiektem. W tym celu należy dokonać pomiaru dla co
najmniej trzech poziomów napięcia (maksymalnego, -10 dB oraz -20 dB). Wyniki pomiarów,
ujęte w raporcie, powinny wykazywać brak zależności PS od poziomu napięcia sygnału pobudzenia.
• Powtarzalność. W ramach procedury badawczej należy sprawdzić powtarzalność pomiarów
przynajmniej dla jednej częstotliwości sygnału pobudzającego. W tym celu należy dokonać co
najmniej trzykrotnego pomiaru PS przetwornika. Rozrzut nie powinien wykraczać poza niepewność pomiarową.
• Tor pomiarowy. Przed i po pomiarach należy dokonać sprawdzenia toru pomiarowego pod kątem poprawności działania. W tym celu należy dokonać pomiaru innego przetwornika o znanych
parametrach elektroakustycznych.
W przypadku, gdy pomiar nie spełnia przyjętych kryteriów zostaje odrzucony.
4.7
Nadzorowanie danych
Wyniki pomiaru są na bieżąco dokumentowane w komputerze przenośnym (laptop) będącym na
wyposażeniu Laboratorium. Dane są zabezpieczone przed nieuprawnionym dostępem osób nieupoważnionych poprzez stosowanie haseł dostępu do systemu operacyjnego. Kopie sporządzonych zapisów
tworzone są na dodatkowym zewnętrznym dysku twardym.
Wyniki pomiaru zapisywane są w jednolitej formie w plikach, służy do tego celu arkusz kalkulacyjny z regułami przygotowanymi przez pracowników Laboratorium. Reguły umożliwiają doraźną
analizę wprowadzanych danych oraz niepewności pomiarowych. Nazwy plików zawierają numery kart
pomiarowych.
5
Dokumenty związane
[1] American National Standard ANSI/ASA S1.20-212 (Revision of ANSI S.20-1988(R2003), Procedures for Calibration of Underwater Electroacoustic Transducers, 2003.
[2] Robert J. Bobber, Underwater Electroacoustic Measurements, Peninsula, Los Altos, California,
USA, 1988. Orginally published by Naval Research Laboratory, Department of the Navy, Washington, DC, USA 1970.
[3] Xavier Lurton, An Introduction to Underwater Acoustics, Praxis Publishing, Chichester, UK, 2002.
[4] PN-EN ISO 80000, Wielkości fizyczne i jednostki miar, cz. 8: Akustyka, str. 14, czerwiec, 2009.
[5] PN-EN 60565, Hydroakustyka – Hydrofony – Wzorcowanie w zakresie częstotliwości od 0.01Hz do
1MHz, maj 2007.
[6] R. Salamon, Systemy Hydrolokacyjne, Gdańskie Towarzystwo Naukowe, 2006.
[7] Wyrażanie niepewności pomiaru przy wzorcowaniu, dokument EA-4/02, 1999.
[8] ITC – application, (VS – Voltage Sensitivity, Bruel&Kjaer).
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.
PROCEDURA BADAWCZA
LBH PG
dok. nr PB-02
POMIAR ODPOWIEDZI NAPIĘCIOWEJ NA POBUDZENIE AKUSTYCZNE
str. 9/9
wyd. 18.03.16
[9] ITC – International Transducer Corporation – prospect – Application Equations for Underwater
Sound Transducers.
[10] Heine G. Urban, Handbook of Underwater Acoustic Engineering, STN Atlas Elektronik GmbH,
Bremen, November 2002.
[11] J. Urick, Principles of Underwater Sound for Engineers, Mc Graw Hill, 1975.
[12] PN-EN ISO/IEC 17025. Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i
wzorcujących, grudzień 2005.
6
Zapisy
• Sprawozdanie z badań.
• Wyniki pomiarów.
7
Lp.
1.
8
Załączniki
Identyfikacja
FB-02-01
Zmiany
Nr zmiany
1.
2.
3.
9
9.1
Lp.
1.
Nazwa
Karta pomiarowa
Data
09.11.2015
18.01.2016
18.03.2016
Opis
Zmiany po wstępnym przeglądzie przez PCA
Doprecyzowanie zakresu procedury
Ustalenie zakresu procedury
Informacje dodatkowe
Potwierdzenie weryfikacji i uzgodnień treści procedury
Imię i nazwisko
Waldemar Lis
Stanowisko
Pracownik
Data
18.03.2016
Podpis
Dokument jest wydany przez Politechnikę Gdańską.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk, kopiowanie, reprodukowanie w całości lub w częściach tylko za zgodą wydawcy.