3.4.1. ИЗМЕРЕНИЯ С БОЛЬШОЙ МИШЕНЬЮ
Существует множество конструкций устройств с большими мишенями, причем чаще всего отражающими, чтобы избежать температурных аномалий, связанных с нагревом поглощающих мишеней. Устройства отличаются по чувствительности и методам измерения силы. Имеются приборы, основанные на стандартных аналитических весах [15, 31] (рис. 3.3), на электромагнитных компенсационных приборах нулевого отклонения [9] и компенсационных приборах поплавкового типа [34]. Ориентируясь на их акустические свойства (т. е. исключая электрические и механические погрешности, обусловленные конструкцией), точность измерений таких приборов можно оценить примерно в 5%. Она снижается, если возможны проникновение энергии в мишень или аномальные переизлучения.
Измерения радиационной силы может использоваться для калибровки гидрофонов по следующей процедуре. Сначала определяют общую мощность, проходящую через поверхность постоянной фазы в поле гармонического акустического источника. Затем необходимо гидрофоном просканировать целиком апертуру, перекрывавшуюся ранее мишенью радиометра, и измерить напряжение холостого хода гидрофона
которое связано с чувствительностью следующим образом (см. выражение (3.2)):
Рис. 3.3. Ультразвуковой радиометр на основе химических микровесов, обладающий точностью
Пучок целиком отражается пластинкой, наклоненной под углом 45° (выше критического угла для поверхности раздела вода — алюминий). Для уменьшения влияния поверхностного натяжения отражающая пластина подвешена на трех тонких, диаметром
нейлоновых нитях. Компенсация температурной зависимости кажущегося веса пластинки в воде достигается наклеиванием на ее обратную сторону соответствующей массы парафина [15]. 1 — Точка прикрепления к весам; 2 — нейлоновая нить; 3 — крепление преобразователя; 4 — преобразователь; 5 — отражающая пластина; 6 — парафин; 7 — дегазированная вода; 8 — акустическая ловушка, состоящая из рассеивателей и поглотителей.
где М — чувствительность гидрофона по напряжению в свободном поле, измеряемая в
Если в окрестности апертуры радиометра геометрия поля близка к полю плоской волны, что может быть достигнуто соответствующим выбором калибровочного поля и проверено экспериментально, то
при этом связь между
для плоской волны —
Таким образом, локальные значения для
даются выражением
Теперь из (3.28) и (3.31) следует, что
где
обозначает усреднение по времени.
Интегрирование средней по времени интенсивности по поверхности постоянной фазы позволяет найти общую мощность, которая ранее была определена по радиационному давлению. Таким образом,
Обращая выражение, находим чувствительность гидрофона
На практике точность этого способа существенно ограничивают краевые эффекты на мишени радиометра и трудность с точным определением фазы и амплитуды поля на периферии пучка. Однако трудности эти преодолимы, и есть уверенность, что способ измерения радиационного давления для калибровки гидрофонов будет принят МЭК в дополнение к методу взаимности, описанному выше.