Examples of solving metrological problems using the Hilbert transformation for data processing

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Examples of solutions to measurement problems employing the Hilbert Transform for data processing are given. Implementation aspects of the Hilbert Transform implementation, based on Fast Fourier Transform (FFT), are noted. The approaches to assessing the steady-state mode of a short-term tone pulse based on the behavior of its envelope, instantaneous values of phase and frequency are considered. The effectiveness of applying the concept of a minimum-phase system to a hydrophone in combination with the possibilities of processing the hydrophone frequency response using the Hilbert Transform is demonstrated. An acoustic method for determining the effective radius of a hydrophone is considered. A novel of the phase-pulse method for measuring the propagation time of a sound impulse from the projector to the receiver is proposed. Approaches that allow overcoming the limitations imposed on the accuracy of measurements by the time-frequency uncertainty relation and the advantages of the proposed methods in comparison with known ones are discussed.

About the authors

А. Е. Исаев

ФГУП «ВНИИФТРИ»

Email: isaev@vniiftri.ru
Менделеево, Московская обл., Россия

А. М. Поликарпов

ФГУП «ВНИИФТРИ»

Менделеево, Московская обл., Россия

References

  1. Leonhardi Euleri Opera omnia: sub auspiciis Societatis Scientiarum Naturalium Helveticae / edenda curaverunt Ferdinand Rudio, Adolf Krazer, Paul Stäckel. - Lipsiae [Leipzig]; Berolini [Berlin]: Typis et in aedibus B.G. Teubneri, 1911.
  2. Cooley J.W., Tukey J.W. An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series // Mathematics of Computation. - 1965. - V. 19. - № 90. - P. 297-301.
  3. Fourier J.-B.-J. Théorie analytique de la chaleur. - Paris: Firmin Didot père et fils, 1822. - OCLC 2688081.
  4. Hilbert D. Grundzüge einer allgemeinen Theorie der linearen Integralgleichungen // Integralgleichungen und Gleichungen mit unendlich vielen Unbekannten / D. Hilbert, E. Schmidt; A. Pietsch (ed). - Teubner-Archiv zur Mathematik. - 1989. - V. 11. - Vieweg+Teubner Verlag. - doi: 10.1007/978-3-322-84410-1_1.
  5. Исаев А.Е. Уменьшение влияния переходного процесса при градуировке гидрофонов по полю на низких частотах с использованием квадратурно-дополненных гармонических сигналов // Измерительная техника. - 2010. - № 4. - С. 20-24.
  6. Hayman G., Robinson S.P. Phase calibration of hydrophones by the free-field reciprocity method // Proceedings of Meetings on Acoustics / ECUA 2012 11th European Conference on Underwater Acoustics, 2-6 July 2012, Edinburgh, Scotland. - 2012. - V. 17. - № 1. - 070026. - doi: 10.1121/1.4767976.
  7. Исаев А.Е., Матвеев А.Н., Поликарпов А.М., Щерблюк Н.Г. Измерение фазочастотной характеристики чувствительности гидрофона по полю методом взаимности // Измерительная техника. - 2013. - № 6. - С. 56-59.
  8. Пат. 2787353, МПК H04R 29/00. Способ определения фазочастотной характеристики гидрофона по его амплитудно-частотной характеристике чувствительности / А.Е. Исаев, Б.И. Хатамтаев; патентообладатель Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (РОССТАНДАРТ). - № 2022111196; заявл. 25.04.2022; опубл. 09.01.2023, Бюл. № 1.
  9. Исаев А.Е., Поликарпов А.М. Представление частотной характеристики гидрофона формулой как практическая целесообразность и расширение возможностей цифровой платформы метрологии // Альманах современной метрологии. - 2024. - № 2 (38). - С. 89-105.
  10. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров. - 12-е изд., испр. и доп. - М.: Юрайт, 2016. - 701 с.
  11. Yoshioka M. Difference between nominal and measured active element sizes of hydrophones // Japanese Journal of Applied Physics. - 2008. - V. 47. - № 5S. - 3926-3928. - doi: 10.1143/JJAP.47.3926.
  12. Исаев А.Е., Хатамтаев Б.И. Эквивалентный размер и акустический центр измерительного гидрофона // Измерительная техника. - 2022. - № 12. - С. 58-63.
  13. Заявка на изобретение № 2024134603. Способ определения фазочастотной характеристики при периодических поверках гидрофона / А.Е. Исаев. - Приоритет от 19.11.2024 г.
  14. Заявка на изобретение № 2024134602. Фазоимпульсный способ определения времени распространения звуковой волны от излучателя к приёмнику / А.Е. Исаев. - Приоритет от 19.11.2024 г.
  15. Luker L.D., Van Buren A.L. Phase calibration of hydrophones // The Journal of Acoustical Society of America. - 1981. - V. 70. - № 2. - P. 516-519.
  16. ГОСТ Р 8.942-2017. Лазерные кристаллы (калиевые вольфраматы редкоземельных элементов). Упругие константы. Упругооптические модули для изотропной дифракции. - М.: Стандартинформ, 2019. - 18 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).